Buck dönüştürücünün PCB düzeni ve tasarımı

1、BUCK dönüşümünde kritik döngü ve kritik düğümler

Ne tür bir dönüştürücü olursa olsun, PCB yerleşim tasarımının anahtarı devre sisteminin anahtar devrelerini ve anahtar düğümlerini bulmaktır. Peki devre sisteminin anahtar devreleri ve anahtar düğümleri nelerdir? Genel olarak, büyük akım değişim oranı di/dt'ye sahip döngü ve büyük voltaj değişim oranı dV/dt'ye sahip düğüm, PCB yerleşim tasarımında öncelik verilmesi gereken anahtar döngüler ve anahtar düğümlerdir.

BUCK dönüştürücünün üst tüpü açılıp kapatıldığında her döngünün akımı ve dalga şekli Şekil 1'de gösterilmektedir.

（a）上管开通的电流回路

（b）上管关断的电流回路

（c）L1 ve L2环的电流波形

（d）开关节点SW工作电压

（e）BUCK的工作电流环路

1: BUCK的工作电流环路及波形

L1'e giriş döngüsü denirse, L2'ye çıkış döngüsü denir; Alt tüpün giriş kondansatörünün toprağına giden S kaynağına giriş toprağı, alt tüpün giriş ve çıkış kapasitörünün toprağına giden S kaynağına ise çıkış toprağı denir. Şunu bulabilirsiniz:(1) Akım

1)Giriş toprağı da dahil olmak üzere L1 döngüsü bir darbe akımı dalga biçimidir. Akım dalga formunun ön kenarı ve arka kenarı çok büyük bir akım değişim oranına di/dt sahiptir.(2) Akım

2)Çıkış toprağı da dahil olmak üzere L2 devresi, doğru akıma eşdeğerdir ve tepeden tepeye değeri daha küçük olan alternatif üçgen dalga üst üste bindirilir. Mevcut dalga formunun ön kenarı ve arka kenarı daha küçük akım değişim oranına sahiptir di/dt.

Bu nedenle, çok büyük akım değişim oranı di/dt'ye sahip giriş döngüsü, yani giriş toprağı da dahil olmak üzere L1 döngüsü, güçlü manyetik alan emisyonunun girişim kaynağıdır.

Gerilim dalga biçimine bakarsanız, giriş gerilimi, çıkış gerilimi ve topraklama devresinin tümü kararlı gerilimler iken, anahtar düğümü SW'nin gerilimi, üst tüpün açılması işlemi sırasında çok büyük bir gerilim değişim oranı dV/dt üretir. ve güçlü elektrik alanı emisyonunun girişim kaynağı olan kapanma.

2,BUCK dönüştürücü PCB'nin temel tasarım ve yerleşim gereksinimleri

BUCK dönüştürücünün çalışma prensibine, her döngünün akım özelliklerine ve anahtar düğümlerinin voltaj özelliklerine göre, BUCK dönüştürücü PCB düzeninin temel prensiplerini elde etmek kolaydır:

(1) Giriş topraklaması da dahil olmak üzere giriş döngüsü L1 mümkün olduğu kadar kısa olmalıdır, yani giriş kapasitörünün CIN pozitif terminali üst tüpün D drenajına ve toprak terminali mümkün olduğu kadar yakın olmalıdır. Giriş kapasitörünün CIN'i alt tüpün S kaynağına mümkün olduğunca yakın olmalıdır. Döngünün parazitik endüktansını ve manyetik alan girişimini azaltmak için döngünün kabloları mümkün olduğu kadar kalın olmalıdır.Gerekirse, üst tüpün drenajı D ile alt tüpün kaynağı S arasına en yakın mesafeye küçük boyutlu bir dekuplaj seramik kondansatörü yerleştirin.Giriş devresi mümkün olduğu kadar kısa ve kablolar kalın olduğundan kaçak direnci ve iletim kaybını azaltabilir, bu da ısı dağılımına faydalıdır.

(2) Çıkış toprağı da dahil olmak üzere çıkış döngüsü L2, çok az manyetik alan girişimine sahiptir, ancak çıkış akımı genellikle nispeten büyüktür. Döngüyü mümkün olduğu kadar azaltmak ve kaçak direnci ve iletim kaybını azaltmak için kabloları mümkün olduğu kadar kalın yapmak gerekir; bu aynı zamanda ısı dağılımına da yardımcı olur ve sistemin verimliliğini artırır. Belirli bir dereceye kadar manyetik alan girişimi de azaltılabilir.

(3) Düğümün parazit kapasitansını ve elektrik alanı girişimini azaltmak için anahtar düğümü SW'nin alanı mümkün olduğu kadar küçük olmalıdır. Ancak güç MOSFET'inin ısı dağılımını güçlendirmek için bu düğümün bakır kaplama ile kaplanması gerekir. Bu nedenle ısı dağıtımı ile EMI (Elektrik Alanı Emisyon Girişimi) tasarımı arasında bir denge kurmak ve gerektiğinde voltaj değişim oranını azaltmak için bir emme devresi eklenmelidir.

Diğer hususlar şunlardır:

(4) Tüm geri besleme sinyalleri ve analog küçük sinyaller, büyük parazitli yukarıdaki devrelerden ve düğümlerden uzak tutulmalı ve mümkün olduğunca daha ince kablolar kullanılmalıdır. Anahtarlama akımını kontrol IC'sinin veya dönüştürücünün altından akıtmayın. Mevcut örnekleme sinyali Kevin'e bağlanmalı ve mevcut örnekleme sinyalinin RC filtre ağı, IC pinlerine mümkün olduğunca yakın olmalıdır.

2: 电流取样信号

(5) Giriş ve çıkış kapasitörlerinin topraklaması, alt veya iç katmanın toprak düzlemine birden fazla yol üzerinden bağlanır. Cihazın alt kısmı topraklamanın elektriksel özelliklerine sahip bakır kaplamaya sahipse, ısı dağılımını artırmak için birden fazla yol aracılığıyla alt veya iç katmanın toprak düzlemine de bağlanabilir.

(6)DC güç kaynağı ve AC topraklamaya eşdeğer DC topraklama, parazit sinyallerini koruyabilir, bu nedenle bunları mümkün olduğunca bölmeyin. Segmentasyon kaçınılmazsa, sinyal hatlarının sayısını ve uzunluğunu mümkün olduğunca azaltın ve küçük sinyalleri büyük sinyal düzlemlerinden AC ile mümkün olduğunca izole edin.

(7) MOSFET'in Gate Gate sürücü güç döngüsü mümkün olduğu kadar kısa olmalı ve paralel kablolama kullanılmalıdır. MOSFET'in kaynak D ve drenajı S, Şekil 3'te gösterildiği gibi mümkün olduğunca bakır ile kablolanmıştır.

(a) 好的布线 (b) 不好布线 

图3: MOSFET'in adı

(8) 2 katmanlı kartın güç kaynağı sistemi, üst katman bileşen ve güç döngüsü katmanıdır ve alt katman küçük sinyal ve toprak düzlemi katmanıdır. 4 katmanlı veya 6 katmanlı tahta, aşağıdaki şema benimsenebilir.

1:4 yılher层dağıtım

2:6 yılher层dağıtım

3,BUCK dönüştürücünün PCB tasarım düzeni örneği

3.1Ayrık şema

Üst ve alt tüpler ayrı güç MOSFET'ini benimser ve üst ve alt tüplerin iki ortak düzeni vardır:

(1) Üst boru ve alt boru, Şekil 90'te gösterildiği gibi 4 derecede yatay ve dikeydir;

(2) Üst boru ve alt boru, Şekil 5'te gösterildiği gibi yatay olarak düzenlenmiştir.

Temel prensip şudur: ilk önce ana güç devresini, özellikle giriş kapasitörü ve güç MOSFET devresini düzenleyin, ardından güç toprağı ve küçük sinyal toprağının bölünmesini dikkate alarak indüktör ve çıkış kapasitör devresini düzenleyin; Son olarak, küçük sinyal toprağı tarafına ilgili sinyal hatlarını yerleştirin.

(a) bir şey

(b) 较差布局

4:垂直排列分立器件BUCK布局

Şekil 4'deki iki düzen. Şekil 4'te, giriş döngüsü ve giriş toprağı, Şek. 4(a), şekil 4'dekilerden çok daha küçüktür. XNUMX(b), yani şekil XNUMX'deki düzen. XNUMX(a) daha optimize edilmiştir.

(a) 顶层布局

(b) 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

Şekil 5'teki düzende Cin çok uzaktadır ve giriş döngüsü ile giriş toprağı nispeten büyüktür, ancak bu düzen çok tüplü paralel bağlantı için uygundur ve BUCK devresinin akım döngüsü yüksek frekans eklenerek azaltılabilir. PCB'nin arkasındaki filtre kondansatörü.

3.2 Entegrasyon şeması

Entegrasyon şeması, üst boruyu ve alt boruyu birleştiren BUCK dönüştürücü IC'yi ifade eder. Aşağıdaki tasarımlar, bazı üreticilerin cihaz veri sayfalarında önerilen düzenden ve bazı müşteri mühendislerinin gerçek tasarımlarından alınmıştır.

Temel prensip yukarıdakiyle aynıdır: ilk önce ana güç devresini, özellikle giriş kondansatörünü ve IC toprak devresini döşeyin, ardından güç topraklaması ve küçük sinyal topraklaması bölümünü dikkate alarak çıkış kapasitörünü yerleştirin; Son olarak, küçük sinyal toprağı tarafına ilgili sinyal hatlarını yerleştirin.

 (a) 布局1

 (b) 布局2

(c) 布局3

6: SOT23 kartı PCB kartı

Şekil 4'deki analiz yöntemine göre. Şekil 6'te, üst borunun açık ve kapalı akım yolları, Şekil XNUMX'de verilmektedir. Sırasıyla XNUMX çizilir ve şu şekilde bulunabilir:

(1) Şekil 6'deki mevcut yol. Şekil XNUMX(a), entegrenin altından geçmeli ve aşağıdaki giriş kapasitörünün toprağına geri dönmelidir. mevcut yol uzundur ve güç toprağı (IC'nin GND pininin sol üst köşe alanı) ve küçük sinyal toprağı (IC'nin GND pininin sağ alanı) da kesinlikle bölünmelidir. avantajı, anahtar düğümü SW'nin doğrudan üst kattaki indüktöre bağlı olmasıdır.

(2) Şekil 6(b)'deki akım yolu en kısa olanıdır ve güç toprağı (IC'nin GND pininin sol üst köşe alanı PGND) ve küçük sinyal toprağı (IC'nin GND pininin sağ SGND alanı) kesin olarak bölünmüştür Şekil 7'de gösterildiği gibi. Dezavantajı, anahtar düğümü SW'nin indüktöre bir geçiş deliği yoluyla bağlanmasıdır.

Şekil 7:SOT23布局2电流路径

(3) şek. Şekil 6(c), entegrenin sağ pininin yakınındaki bileşenler, BOOT pinine bağlı bir direnç ve kapasitör, çıkış kapasitörünün topraklamasının doğrudan entegrenin GND pinine dönmemesini sağlar. Çıkış kapasitörünün toprağı ile IC'nin GND pimi arasındaki bağlantı için iki devre vardır: biri IC'nin altındaki geçiş deliğinden, çıkış kapasitörünün toprağının yakınındaki geçiş deliğinden ve toprak düzleminden geçer. bir bağlantı devresi oluşturmak için altta; Diğeri ise IC'nin altından IC'nin GND pinine sarılan çıkış kapasitörünün toprağı ve üst bakır kaplama yoluyla giriş kapasitörünün toprağıdır.Bu yerleşim tasarımında, mevcut yol en uzun olanıdır, güç toprağı ve küçük sinyal toprağı bölümlenmemiştir ve anahtar düğümü SW, geçiş deliği yoluyla indüktöre bağlanmıştır, bu nedenle yerleşim tasarımı zayıftır.SOT23 cihazının alt kısmında elektriksel özellikleri topraklanmış bakır kaplama bulunmaktadır. İlgili PCB pedi üzerine, ısı dağılımını arttırmak için alt katmanın veya iç katmanın zemin düzlemine bağlanabilen birden fazla yol döşenebilir. Şekil 8'de gösterildiği gibi, izin verilen koşullar altında mümkün olduğu kadar çok sayıda yol döşeyin ve lehimlemeden sonra kalay sızıntısı olmayacak ve kalayların kalayları dolduracağından emin olmak için yolların çapı uygun şekilde seçilmelidir.

 Şekil 8:SOT23 PCB Kartı

Şekil 9, SO8 paketinin çeşitli PCB tasarım düzenlerini listelemektedir. İlgili taraflar yukarıdaki yöntemlere göre avantajlarını ve dezavantajlarını analiz edebilirler.

(a) 布局1

 (b) 布局2

(c) 布局3

9:下部有铜皮SO8几种PCB局

Yasal Uyarı: Bu makale, fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemek için "Songge Power Supply"dan çoğaltılmıştır. Lütfen yeniden basarken orijinal kaynağı ve yazarını belirtin. Herhangi bir ihlal varsa, silmek için lütfen bizimle iletişime geçin.