1، BUCK کنورٹ کے کریٹیکل لوپ اور کریٹیکل نوڈس

اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے کہ یہ کس قسم کا کنورٹر ہے، پی سی بی لے آؤٹ ڈیزائن کی کلید سرکٹ سسٹم کے کلیدی سرکٹس اور کلیدی نوڈس کو تلاش کرنا ہے۔ تو سرکٹ سسٹم کے کلیدی سرکٹس اور کلیدی نوڈس کیا ہیں؟ عام طور پر، بڑی موجودہ تبدیلی کی شرح di/dt کے ساتھ لوپ اور بڑے وولٹیج کی تبدیلی کی شرح dV/dt کے ساتھ نوڈ کلیدی لوپ اور کلیدی نوڈز ہیں، جنہیں PCB لے آؤٹ ڈیزائن میں ترجیح دی جانی چاہیے۔

جب BUCK کنورٹر کی اوپری ٹیوب کو آن اور آف کیا جاتا ہے، تو ہر لوپ کا کرنٹ اور ویوفارم شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔

(a) 上管开通的电流回路

(b) 上管关断的电流回路

(c）L1和L2环路的电流波形

(d) 开关نوڈSW工作电压

(e) BUCK 的工作电流环路

图1: BUCK的工作电流环路及波形

اگر L1 کو ان پٹ لوپ کہا جاتا ہے تو L2 کو آؤٹ پٹ لوپ کہا جاتا ہے۔ ان پٹ کیپسیٹر کی گراؤنڈ پر نچلی ٹیوب کے ایس سورس کو ان پٹ گراؤنڈ کہا جاتا ہے، اور ان پٹ اور آؤٹ پٹ کیپسیٹر کی گراؤنڈ پر نچلی ٹیوب کا ایس سورس آؤٹ پٹ گراؤنڈ کہلاتا ہے۔ یہ پایا جا سکتا ہے کہ:(1) موجودہ میں

1) L1 لوپ، بشمول ان پٹ گراؤنڈ، ایک پلس کرنٹ ویوفارم ہے۔ موجودہ ویوفارم کے پہلے کنارے اور پچھلے کنارے میں بہت بڑی موجودہ تبدیلی کی شرح di/dt ہے۔(2) کا کرنٹ

2) L2 سرکٹ، بشمول آؤٹ پٹ گراؤنڈ، براہ راست کرنٹ کے مساوی ہے، اور چھوٹی چوٹی سے چوٹی کی قدر کے ساتھ متبادل مثلث لہر کو سپرمپوز کیا جاتا ہے۔ موجودہ ویوفارم کے پہلے کنارے اور پچھلے کنارے میں موجودہ تبدیلی کی شرح di/dt کم ہے۔

لہذا، بہت بڑی موجودہ تبدیلی کی شرح di/dt کے ساتھ ان پٹ لوپ، یعنی L1 لوپ، بشمول ان پٹ گراؤنڈ، مضبوط مقناطیسی میدان کے اخراج کا مداخلت کا ذریعہ ہے۔

اگر آپ وولٹیج ویوفارم کو دیکھیں تو ان پٹ وولٹیج، آؤٹ پٹ وولٹیج اور گراؤنڈ سرکٹ سبھی مستحکم وولٹیج ہیں، جب کہ سوئچ نوڈ SW کا وولٹیج اوپری ٹیوب کے کھلنے کے عمل کے دوران بہت بڑی وولٹیج کی تبدیلی کی شرح dV/dt پیدا کرتا ہے۔ اور بند کرنا، جو مضبوط برقی میدان کے اخراج کا مداخلت کا ذریعہ ہے۔

2،BUCK کنورٹر پی سی بی کے بنیادی ڈیزائن اور ترتیب کی ضروریات

BUCK کنورٹر کے کام کرنے والے اصول کے مطابق، ہر لوپ کی موجودہ خصوصیات اور سوئچ نوڈس کی وولٹیج کی خصوصیات، BUCK کنورٹر PCB لے آؤٹ کے بنیادی اصولوں کو حاصل کرنا آسان ہے:

(1) ان پٹ لوپ L1، بشمول ان پٹ گراؤنڈ، جتنا ممکن ہو چھوٹا ہونا چاہیے، یعنی ان پٹ کیپسیٹر CIN کا مثبت ٹرمینل اوپری ٹیوب کے ڈرین D کے جتنا ممکن ہو قریب ہونا چاہیے، اور زمینی ٹرمینل۔ ان پٹ کیپسیٹر کا CIN نچلی ٹیوب کے سورس S کے جتنا ممکن ہو قریب ہونا چاہیے۔ لوپ کی وائرنگ ہر ممکن حد تک موٹی ہونی چاہیے، تاکہ لوپ کی پرجیوی انڈکٹنس اور مقناطیسی میدان کی مداخلت کو کم کیا جا سکے۔اگر ضروری ہو تو، اوپری ٹیوب کے ڈرین D اور نچلی ٹیوب کے سورس S کے درمیان قریب ترین فاصلے پر ایک چھوٹے سائز کا ڈیکپلنگ سیرامک کپیسیٹر رکھیں۔ان پٹ سرکٹ جتنا ممکن ہو چھوٹا ہے اور وائرنگ موٹی ہے، جو بھٹکنے والی مزاحمت اور ترسیل کے نقصان کو کم کر سکتی ہے، جو گرمی کی کھپت کے لیے فائدہ مند ہے۔

(2) آؤٹ پٹ لوپ L2، بشمول آؤٹ پٹ گراؤنڈ، میں مقناطیسی میدان کی مداخلت کم ہوتی ہے، لیکن آؤٹ پٹ کرنٹ عام طور پر نسبتاً بڑا ہوتا ہے۔ یہ ضروری ہے کہ لوپ کو جتنا ممکن ہو کم کیا جائے، اور تاروں کو زیادہ سے زیادہ موٹا بنایا جائے تاکہ آوارہ مزاحمت اور ترسیل کے نقصان کو کم کیا جا سکے، جو گرمی کی کھپت اور نظام کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے بھی موزوں ہے۔ ایک خاص حد تک، مقناطیسی میدان کی مداخلت کو بھی کم کیا جا سکتا ہے۔

(3) سوئچ نوڈ SW کا رقبہ ہر ممکن حد تک چھوٹا ہونا چاہیے، تاکہ نوڈ کی پرجیوی گنجائش اور برقی میدان کی مداخلت کو کم کیا جا سکے۔ تاہم، طاقت MOSFET کی گرمی کی کھپت کو مضبوط بنانے کے لیے اس نوڈ کو تانبے کی جلد سے ہموار کیا جانا چاہیے۔ اس لیے گرمی کی کھپت اور EMI (الیکٹرک فیلڈ ایمیشن انٹرفینس) کے ڈیزائن کے درمیان توازن قائم کرنا ضروری ہے، اور جب ضروری ہو تو وولٹیج کی تبدیلی کی شرح کو کم کرنے کے لیے ایک جذب سرکٹ شامل کیا جانا چاہیے۔

دوسرے خیالات یہ ہیں:

(4) تمام فیڈ بیک سگنلز اور اینالاگ چھوٹے سگنلز کو اوپر والے سرکٹس اور نوڈس سے بڑی مداخلت کے ساتھ دور رکھنا چاہیے، اور زیادہ سے زیادہ پتلی وائرنگ کا استعمال کیا جانا چاہیے۔ کنٹرول آئی سی یا کنورٹر کے تحت سوئچنگ کرنٹ نہ بہاؤ۔ موجودہ سیمپلنگ سگنل کیون میں منسلک ہونا چاہیے، اور موجودہ سیمپلنگ سگنل کا RC فلٹر نیٹ ورک IC کے پنوں کے جتنا ممکن ہو قریب ہونا چاہیے۔

图2：电流取样信号

(5) ان پٹ اور آؤٹ پٹ کیپسیٹرز کی گراؤنڈنگ ایک سے زیادہ ویاس کے ذریعے نیچے یا اندرونی تہہ کے زمینی جہاز سے منسلک ہوتی ہے۔ اگر آلے کے نچلے حصے میں تانبے کی جلد ہے جس میں گراؤنڈنگ کی برقی خصوصیات ہیں، تو اسے گرمی کی کھپت کو بڑھانے کے لیے متعدد ویاس کے ذریعے نیچے یا اندرونی تہہ کے زمینی جہاز سے بھی جوڑا جا سکتا ہے۔

(6) DC پاور سپلائی اور DC گراؤنڈ، AC گراؤنڈ کے مساوی، مداخلت کے سگنلز کو بچا سکتے ہیں، اس لیے انہیں زیادہ سے زیادہ تقسیم نہ کریں۔ اگر سیگمنٹیشن ناگزیر ہے تو، جتنا ممکن ہو سکے سگنل لائنوں کی تعداد اور لمبائی کو کم کریں، اور AC کے ذریعے بڑے سگنل والے جہازوں سے چھوٹے سگنلز کو زیادہ سے زیادہ الگ کریں۔

(7) پاور MOSFET کا گیٹ گیٹ ڈرائیو لوپ جتنا ممکن ہو چھوٹا ہونا چاہیے، اور متوازی وائرنگ استعمال کی جانی چاہیے۔ MOSFET کے ماخذ D اور ڈرین S کو جتنا ممکن ہو سکے تانبے کے ساتھ تار کیا گیا ہے، جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔

(a) 好的布线 (b) 不好布线 

图3：功率MOSFET的布线

(8) 2 لیئر بورڈ کا پاور سپلائی سسٹم، اوپر کی پرت جزو اور پاور لوپ پرت ہے، اور نیچے کی پرت چھوٹی سگنل اور گراؤنڈ ہوائی جہاز کی پرت ہے۔ 4-پرت یا 6-پرت بورڈ، درج ذیل اسکیم کو اپنایا جا سکتا ہے۔

جدول 1:4层板ہر ایکپرتتقسیم

جدول 2:6层板ہر ایکپرتتقسیم

3،BUCK کنورٹر کے پی سی بی ڈیزائن لے آؤٹ کی مثال

3.1مجرد اسکیم

اوپری اور نچلی ٹیوبیں مجرد طاقت MOSFET کو اپناتی ہیں، اور اوپری اور نچلی ٹیوبوں کی دو عام ترتیبیں ہیں:

(1) اوپری پائپ اور زیریں پائپ 90 ڈگری پر افقی اور عمودی ہیں، جیسا کہ شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔

(2) اوپری پائپ اور نچلے پائپ کو افقی طور پر ترتیب دیا گیا ہے، جیسا کہ شکل 5 میں دکھایا گیا ہے۔

بنیادی اصول یہ ہے: سب سے پہلے مین پاور سرکٹ، خاص طور پر ان پٹ کیپسیٹر اور پاور MOSFET سرکٹ، پھر پاور گراؤنڈ اور چھوٹے سگنل گراؤنڈ کی تقسیم پر غور کرتے ہوئے، انڈکٹر اور آؤٹ پٹ کیپسیٹر سرکٹ لگائیں۔ آخر میں، چھوٹے سگنل گراؤنڈ سائیڈ پر، متعلقہ سگنل لائنیں لگائیں۔

(a) 优化布局

(b) 较差布局

图4:垂直排列分立器件BUCK布局

انجیر میں دو ترتیب۔ 4، انجیر میں ان پٹ لوپ اور ان پٹ گراؤنڈ۔ 4(a)، انجیر کے مقابلے میں بہت چھوٹے ہیں۔ 4(b)، تو تصویر میں ترتیب۔ 4(a) زیادہ بہتر ہے۔

(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

شکل 5 کے لے آؤٹ میں، Cin بہت دور ہے، اور ان پٹ لوپ اور ان پٹ گراؤنڈ نسبتاً بڑا ہے، لیکن یہ لے آؤٹ ملٹی ٹیوب کے متوازی کنکشن کے لیے موزوں ہے، اور BUCK سرکٹ کے موجودہ لوپ کو ہائی فریکونسی کا اضافہ کر کے کم کیا جا سکتا ہے۔ پی سی بی کی پشت پر فلٹر کیپسیٹر۔

3.2 انضمام اسکیم

انضمام اسکیم سے مراد BUCK کنورٹر IC ہے جو اوپری ٹیوب اور نچلی ٹیوب کو مربوط کرتی ہے۔ مندرجہ ذیل ڈیزائن کچھ مینوفیکچررز کے ڈیوائس ڈیٹا شیٹس اور کچھ کسٹمر انجینئرز کے اصل ڈیزائنوں کے تجویز کردہ لے آؤٹ سے آتے ہیں۔

بنیادی اصول اوپر جیسا ہی ہے: سب سے پہلے مین پاور سرکٹ، خاص طور پر ان پٹ کیپسیٹر اور آئی سی گراؤنڈ سرکٹ کو لگائیں، پھر پاور گراؤنڈ اور چھوٹے سگنل گراؤنڈ کی تقسیم کو مدنظر رکھتے ہوئے آؤٹ پٹ کیپسیٹر لگائیں۔ آخر میں، چھوٹے سگنل گراؤنڈ سائیڈ پر، متعلقہ سگنل لائنیں لگائیں۔

 (a) 布局1

 (b) 布局2

(c) 布局3

نمبر 6: SOT23 几种 PCB 布局

انجیر کے تجزیہ کے طریقہ کار کے مطابق۔ 4، اوپری ٹیوب کے موجودہ راستے آن اور آف انجیر میں۔ 6 بالترتیب تیار کیے گئے ہیں، اور یہ پایا جا سکتا ہے کہ:

(1) موجودہ راستہ انجیر میں۔ 6(a) کو IC کے نیچے سے گزرنا چاہیے اور نیچے ان پٹ کیپسیٹر کی زمین پر واپس آنا چاہیے۔ موجودہ راستہ لمبا ہے، اور پاور گراؤنڈ (IC کے GND پن کے اوپری بائیں کونے کا علاقہ) اور چھوٹے سگنل گراؤنڈ (IC کے GND پن کا دائیں حصہ) کو بھی سختی سے تقسیم کیا جانا چاہیے۔ فائدہ یہ ہے کہ سوئچ نوڈ SW براہ راست اوپر کی منزل پر انڈکٹر سے جڑا ہوا ہے۔

(2) شکل 6(b) میں موجودہ راستہ سب سے چھوٹا ہے، اور پاور گراؤنڈ (IC کے GND پن کا اوپری بائیں کونے کا علاقہ PGND) اور چھوٹا سگنل گراؤنڈ (IC کے GND پن کا دائیں علاقہ SGND) کو سختی سے تقسیم کیا گیا ہے۔ جیسا کہ شکل 7 میں دکھایا گیا ہے۔ نقصان یہ ہے کہ سوئچ نوڈ SW انڈکٹر سے ایک via hole کے ذریعے جڑا ہوا ہے۔

شکل 7:SOT23布局2电流路径

(3) انجیر میں۔ 6(c)، IC کے دائیں پن کے قریب موجود اجزاء، BOOT پن سے منسلک ایک ریزسٹر اور ایک کپیسیٹر آؤٹ پٹ کیپسیٹر کی گراؤنڈ کو براہ راست IC کے GND پن پر واپس نہیں کرتے۔ آؤٹ پٹ کیپسیٹر کے گراؤنڈ اور IC کے GND پن کے درمیان کنکشن کے لیے دو سرکٹس ہیں: ایک IC کے نچلے حصے میں via سوراخ کے ذریعے، آؤٹ پٹ capacitor کی زمین کے قریب کے ذریعے سوراخ، اور زمینی جہاز ایک کنکشن سرکٹ بنانے کے لیے نیچے؛ دوسرا آؤٹ پٹ کیپسیٹر کی گراؤنڈ ہے، جو IC کے نیچے سے IC کے GND پن تک اور اوپر تانبے کی جلد کے ذریعے ان پٹ کیپسیٹر کی گراؤنڈ تک زخم ہے۔اس لے آؤٹ ڈیزائن میں، موجودہ راستہ سب سے لمبا ہے، پاور گراؤنڈ اور چھوٹے سگنل گراؤنڈ کو تقسیم نہیں کیا گیا ہے، اور سوئچ نوڈ SW انڈکٹر سے via hole کے ذریعے جڑا ہوا ہے، اس لیے لے آؤٹ ڈیزائن ناقص ہے۔SOT23 ڈیوائس کے نیچے، ایک تانبے کی جلد ہے جس میں برقی خصوصیات موجود ہیں۔ پی سی بی کے متعلقہ پیڈ پر، متعدد ویاس رکھے جا سکتے ہیں، جو گرمی کی کھپت کو بڑھانے کے لیے نیچے کی تہہ یا اندرونی تہہ کے زمینی طیارے سے منسلک ہو سکتے ہیں۔ جیسا کہ شکل 8 میں دکھایا گیا ہے، اجازت دی گئی شرائط کے تحت، زیادہ سے زیادہ ویاس ڈالیں، اور ویاس کے قطر کو مناسب طریقے سے منتخب کیا جانا چاہیے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ سولڈرنگ کے بعد، کوئی ٹن نہیں نکلے گا اور ٹن ویاس کو بھر دے گا۔

 شکل 8:下部有铜皮SOT23 PCB布局

شکل 9 میں SO8 پیکیج کے کئی PCB ڈیزائن لے آؤٹ کی فہرست دی گئی ہے۔ دلچسپی رکھنے والی جماعتیں مندرجہ بالا طریقوں کے مطابق اپنے فوائد اور نقصانات کا تجزیہ کر سکتی ہیں۔

(a) 布局1

 (b) 布局2

(c) 布局3

图9:下部有铜皮SO8几种PCB布局

اعلان دستبرداری: یہ مضمون املاک دانش کے تحفظ کی حمایت کے لیے "Songge Power Supply" سے دوبارہ تیار کیا گیا ہے۔ دوبارہ پرنٹ کرتے وقت براہ کرم اصل ماخذ اور مصنف کی نشاندہی کریں۔ اگر کوئی خلاف ورزی ہوتی ہے تو اسے حذف کرنے کے لیے ہم سے رابطہ کریں۔