Компоновка и конструкция печатной платы понижающего преобразователя

1. Критический контур и критические узлы преобразования BUCK.

Независимо от типа преобразователя, ключом к проектированию печатной платы является поиск ключевых схем и ключевых узлов схемной системы. Итак, каковы ключевые схемы и ключевые узлы схемной системы? Как правило, контур с большой скоростью изменения тока di/dt и узел с большой скоростью изменения напряжения dV/dt являются ключевыми контурами и ключевыми узлами, которым следует уделять приоритетное внимание при проектировании печатной платы.

Когда верхняя трубка преобразователя BUCK включается и выключается, ток и форма сигнала каждого контура показаны на рисунке 1.

（a）上管开通的电流回路

（b）上管关断的电流回路

（c）L1 и L2 环路的电流波形

（d）开关узелSW工作电压

（e）БАК 的工作电流环路

图1: BUCK 的工作电流环路及波形

Если L1 называется входным контуром, L2 называется выходным контуром; Источник S нижней трубки на землю входного конденсатора называется входной землей, а источник S нижней трубки на землю входного и выходного конденсатора называется выходной землей. Можно обнаружить, что:(1) Ток в

1) Контур L1, включая входное заземление, представляет собой сигнал импульсного тока. Передний и задний фронты сигнала тока имеют очень большую скорость изменения тока di/dt.(2) Ток

2) Цепь L2, включая выходное заземление, эквивалентна постоянному току, и на него накладывается переменная треугольная волна с меньшим размахом. Передний и задний фронт сигнала тока имеют меньшую скорость изменения тока di/dt.

Следовательно, входной контур с очень большой скоростью изменения тока di/dt, то есть контур L1, включая входную землю, является источником помех эмиссии сильного магнитного поля.

Если вы посмотрите на форму сигнала напряжения, то входное напряжение, выходное напряжение и цепь заземления представляют собой стабильные напряжения, в то время как напряжение коммутационного узла SW создает очень большую скорость изменения напряжения dV/dt в процессе открытия верхней трубки. и замыкание, которое является источником помех в виде сильного электрического поля.

2,Основные требования к конструкции и компоновке печатной платы преобразователя BUCK

В соответствии с принципом работы преобразователя BUCK, токовыми характеристиками каждой петли и характеристиками напряжения коммутационных узлов легко получить основные принципы компоновки печатной платы преобразователя BUCK:

(1) Входной контур L1, включая входное заземление, должен быть как можно короче, то есть положительная клемма входного конденсатора CIN должна располагаться как можно ближе к стоку D верхней трубки, а клемма заземления входного конденсатора CIN должен быть как можно ближе к истоку S нижней трубки. Проводка контура должна быть как можно более толстой, чтобы уменьшить паразитную индуктивность контура и помехи магнитного поля.При необходимости поместите развязывающий керамический конденсатор небольшого размера на ближайшем расстоянии между стоком D верхней трубки и истоком S нижней трубки.Входная цепь максимально короткая, а проводка толстая, что позволяет уменьшить паразитное сопротивление и потери проводимости, что способствует рассеиванию тепла.

(2) Выходной контур L2, включая выходное заземление, имеет небольшие помехи от магнитного поля, но выходной ток обычно относительно велик. Необходимо максимально уменьшить контур и сделать проводку как можно более толстой, чтобы уменьшить паразитное сопротивление и потери проводимости, что также способствует рассеиванию тепла и повышению эффективности системы. В определенной степени можно также уменьшить помехи магнитного поля.

(3) Площадь переключающего узла SW должна быть как можно меньше, чтобы уменьшить паразитную емкость узла и помехи в электрическом поле. Однако этот узел следует покрыть медной оболочкой для усиления теплоотвода силового МОП-транзистора. Следовательно, необходимо найти баланс между рассеиванием тепла и конструкцией EMI (электрополевых помех), и при необходимости следует добавить схему поглощения, чтобы уменьшить скорость изменения напряжения.

Другие соображения:

(4) Все сигналы обратной связи и аналоговые слабые сигналы следует держать подальше от вышеуказанных цепей и узлов с большими помехами, а также следует использовать как можно более тонкую проводку. Не пропускайте ток переключения под управляющую микросхему или преобразователь. Сигнал выборки тока должен быть подключен к разъему Kevin, а сеть RC-фильтра сигнала выборки тока должна быть как можно ближе к контактам IC.

图2: 电流取样信号

(5) Заземление входных и выходных конденсаторов соединено с заземляющим слоем нижнего или внутреннего слоя через несколько переходных отверстий. Если нижняя часть устройства имеет медную оболочку с электрическими характеристиками заземления, ее также можно соединить с заземляющей поверхностью нижнего или внутреннего слоя через несколько переходных отверстий для улучшения отвода тепла.

(6) Источник питания постоянного тока и заземление постоянного тока, эквивалентное заземлению переменного тока, могут экранировать сигналы помех, поэтому не разделяйте их как можно сильнее. Если сегментация неизбежна, максимально уменьшите количество и длину сигнальных линий и максимально изолируйте малые сигналы от больших сигнальных плоскостей с помощью переменного тока.

(7) Цепь управления затвором-затвором силового МОП-транзистора должна быть как можно короче, и следует использовать параллельную проводку. Исток D и сток S MOSFET по возможности выполнены медными проводами, как показано на рисунке 3.

(а) 好的布线 (б) 不好布线 

图3: 功率MOSFET-транзистор.

(8) Система электропитания состоит из двухслойной платы, верхний слой — это слой компонентов и силового контура, а нижний слой — слой малого сигнала и слоя заземления. Для 4- или 6-слойной платы можно использовать следующую схему.

Таблица 1:4层板каждыйслойраспределение

Таблица 2:6层板каждыйслойраспределение

3,Пример схемы печатной платы преобразователя BUCK

3.1Дискретная схема

Верхняя и нижняя трубки оснащены дискретным силовым МОП-транзистором, и существуют две распространенные схемы верхней и нижней трубок:

(1) Верхняя и нижняя трубы расположены горизонтально и вертикально под углом 90 градусов, как показано на рисунке 4;

(2) Верхняя труба и нижняя труба расположены горизонтально, как показано на рисунке 5.

Основной принцип таков: сначала разложите основную силовую цепь, особенно входной конденсатор и цепь силового МОП-транзистора, затем разложите цепь индуктивности и выходного конденсатора, учитывая разделение силового заземления и заземления малого сигнала; Наконец, на стороне заземления малого сигнала проложите соответствующие сигнальные линии.

(а) 优化布局

(б) 较差布局

图4: 垂直排列分立器件BUCK布局

Две схемы на рис. 4, входной контур и входная земля на рис. 4(а), значительно меньше, чем на рис. 4(б), поэтому схема на рис. 4(а) более оптимизирован.

(а) 顶层布局

(б) 高频电容

(c) 高频电容放置背面底层

图5: 水平排列分立器件BUCK布局

В схеме, показанной на рисунке 5, Cin находится далеко, а входная петля и входная земля относительно велики, но эта схема подходит для параллельного подключения нескольких ламп, а токовая петля схемы BUCK может быть уменьшена путем добавления высокочастотной схемы. Конденсатор фильтра на задней стороне печатной платы.

3.2 Схема интеграции

Схема интеграции относится к микросхеме преобразователя BUCK, которая объединяет верхнюю и нижнюю трубки. Следующие конструкции основаны на схемах, рекомендованных в спецификациях устройств некоторых производителей, и реальных разработках некоторых инженеров-заказчиков.

Основной принцип тот же, что и выше: сначала проложите основную цепь питания, особенно входной конденсатор и цепь заземления микросхемы, затем проложите выходной конденсатор, учитывая разделение заземления питания и заземления малого сигнала; Наконец, на стороне заземления малого сигнала проложите соответствующие сигнальные линии.

 (а) 布局1

 (б) 布局2

(с) 布局3

图6: SOT23 и печатная плата.

Согласно методу анализа, показанному на фиг. 4, пути тока верхней трубки включения и выключения на рис. 6 соответственно нарисованы, и можно обнаружить, что:

(1) текущий путь на рис. 6(a) должен пройти через нижнюю часть микросхемы и вернуться на землю входного конденсатора ниже. путь тока длинный, и земля питания (верхний левый угол контакта GND микросхемы) и земля малого сигнала (правая область контакта GND микросхемы) также должны быть строго разделены. Преимущество состоит в том, что коммутационный узел SW напрямую подключен к индуктору на верхнем этаже.

(2) Путь тока на рисунке 6(b) является самым коротким, а земля питания (верхняя левая угловая область PGND контакта GND микросхемы) и земля малого сигнала (правая область SGND контакта GND микросхемы) строго разделены. , как показано на рисунке 7. Недостаток состоит в том, что узел переключения SW соединен с дросселем через сквозное отверстие.

фигура 7:SOT23 — 2-й выпуск

(3) на рис. 6(c), компоненты рядом с правым выводом ИС, резистор и конденсатор, подключенные к выводу BOOT, не позволяют земле выходного конденсатора напрямую возвращаться к выводу GND ИС. Существует две цепи для соединения земли выходного конденсатора и вывода GND микросхемы: одна — через переходное отверстие в нижней части микросхемы, переходное отверстие рядом с землей выходного конденсатора и плоскость заземления. внизу для формирования схемы подключения; Другой — это земля выходного конденсатора, которая наматывается из-под микросхемы на вывод GND микросхемы и землю входного конденсатора через верхнюю медную оболочку.В этой компоновке путь тока является самым длинным, земля питания и земля малого сигнала не разделены, а узел переключателя SW соединен с индуктором через сквозное отверстие, поэтому конструкция компоновки неудовлетворительна.В нижней части устройства SOT23 имеется медная оболочка с заземленными электрическими характеристиками. На соответствующей площадке печатной платы можно проложить несколько переходных отверстий, которые можно соединить с плоскостью заземления нижнего или внутреннего слоя для улучшения рассеивания тепла. Как показано на рисунке 8, при разрешенных условиях прокладывайте как можно больше переходных отверстий, причем диаметр переходных отверстий следует выбирать соответствующим образом, чтобы после пайки олово не вытекло и олово заполнило переходные отверстия.

 фигура 8:下部有铜皮SOT23 печатная плата

На рис. 9 показаны несколько макетов печатной платы корпуса SO8. Заинтересованные стороны могут проанализировать их преимущества и недостатки согласно вышеуказанным методам.

(а) 布局1

 (б) 布局2

(с) 布局3

图9: Компонент SO8 и печатная плата.

Отказ от ответственности: эта статья воспроизведена из «Songge Power Supply» в целях защиты прав интеллектуальной собственности. При перепечатке просьба указывать первоисточник и автора. Если есть какие-либо нарушения, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы удалить их.