1, Vòng lặp quan trọng và các nút quan trọng của chuyển đổi BUCK

Cho dù đó là loại bộ chuyển đổi nào, chìa khóa của thiết kế bố trí PCB là tìm ra các mạch chính và các nút chính của hệ thống mạch. Vậy các mạch chính và các nút chính của hệ thống mạch là gì? Nói chung, vòng lặp có tốc độ thay đổi dòng điện lớn di/dt và nút có tốc độ thay đổi điện áp lớn dV/dt là các vòng khóa và nút chính, cần được ưu tiên trong thiết kế bố trí PCB.

Khi bật và tắt ống phía trên của bộ chuyển đổi BUCK, dòng điện và dạng sóng của mỗi vòng được thể hiện trong Hình 1.

(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)开关节点SW công cụ

（e)BUCK的工作电流环路

Hình 1: Bucks.

Nếu L1 được gọi là vòng đầu vào thì L2 được gọi là vòng đầu ra; Nguồn S của ống dưới nối đất của tụ điện đầu vào được gọi là nối đất đầu vào, và nguồn S của ống dưới nối đất của tụ điện đầu vào và đầu ra được gọi là nối đất đầu ra. Có thể thấy rằng:(1) Dòng điện trong

1) Vòng L1, bao gồm cả mặt đất đầu vào, là dạng sóng dòng xung. Cạnh đầu và cạnh cuối của dạng sóng hiện tại có tốc độ thay đổi dòng điện rất lớn di/dt.(2) Dòng điện của

2) Mạch L2, bao gồm cả mặt đất đầu ra, tương đương với dòng điện một chiều và sóng tam giác xen kẽ có giá trị cực đại đến cực đại nhỏ hơn được xếp chồng lên nhau. Cạnh đầu và cạnh sau của dạng sóng hiện tại có tốc độ thay đổi dòng điện di/dt nhỏ hơn.

Do đó, vòng đầu vào có tốc độ thay đổi dòng điện rất lớn di/dt, tức là vòng L1, bao gồm cả mặt đất đầu vào, là nguồn gây nhiễu của phát xạ từ trường mạnh.

Nếu nhìn vào dạng sóng điện áp thì điện áp đầu vào, điện áp đầu ra và mạch nối đất đều là điện áp ổn định, trong khi điện áp của nút công tắc SW tạo ra tốc độ thay đổi điện áp rất lớn dV/dt trong quá trình mở ống trên. và đóng lại, đó là nguồn gây nhiễu của sự phát xạ điện trường mạnh.

2,Yêu cầu thiết kế và bố trí cơ bản của PCB bộ chuyển đổi BUCK

Theo nguyên lý làm việc của bộ chuyển đổi BUCK, đặc điểm hiện tại của từng vòng lặp và đặc tính điện áp của các nút chuyển đổi, có thể dễ dàng có được các nguyên tắc cơ bản của cách bố trí PCB của bộ chuyển đổi BUCK:

(1) Vòng đầu vào L1, bao gồm cả mặt đất đầu vào, phải càng ngắn càng tốt, nghĩa là cực dương của tụ điện đầu vào CIN phải càng gần càng tốt với cống D của ống phía trên và đầu cực đất của tụ điện đầu vào CIN phải càng gần nguồn S của ống phía dưới càng tốt. Hệ thống dây điện của vòng lặp phải càng dày càng tốt để giảm độ tự cảm ký sinh của vòng lặp và nhiễu từ trường.Nếu cần, đặt một tụ gốm tách cỡ nhỏ ở khoảng cách gần nhất giữa cống D của ống trên và nguồn S của ống dưới.Mạch đầu vào càng ngắn càng tốt và dây dẫn dày, có thể làm giảm điện trở đi lạc và tổn thất dẫn điện, có lợi cho việc tản nhiệt.

(2) Vòng đầu ra L2, bao gồm cả mặt đất đầu ra, có ít nhiễu từ trường, nhưng dòng điện đầu ra thường tương đối lớn. Cần giảm vòng lặp càng nhiều càng tốt và làm cho hệ thống dây điện càng dày càng tốt để giảm điện trở đi lạc và tổn thất dẫn điện, điều này cũng có lợi cho việc tản nhiệt và nâng cao hiệu quả của hệ thống. Ở một mức độ nhất định, nhiễu từ trường cũng có thể giảm đi.

(3) Diện tích của nút chuyển mạch SW phải càng nhỏ càng tốt để giảm điện dung ký sinh của nút và nhiễu điện trường. Tuy nhiên, nút này nên được lát bằng lớp vỏ đồng để tăng cường khả năng tản nhiệt của MOSFET điện. Do đó, cần phải đạt được sự cân bằng giữa thiết kế tản nhiệt và EMI (Giao thoa phát xạ điện trường), đồng thời, khi cần thiết, nên bổ sung thêm mạch hấp thụ để giảm tốc độ thay đổi điện áp.

Các cân nhắc khác là:

(4) Tất cả các tín hiệu phản hồi và tín hiệu nhỏ tương tự phải được tránh xa các mạch và nút trên có độ nhiễu lớn và nên sử dụng hệ thống dây điện mỏng hơn càng nhiều càng tốt. Không truyền dòng điện chuyển mạch dưới IC điều khiển hoặc bộ chuyển đổi. Tín hiệu lấy mẫu hiện tại phải được kết nối ở Kevin và mạng lọc RC của tín hiệu lấy mẫu hiện tại phải càng gần các chân của IC càng tốt.

图2: 电流取样信号

(5) Việc nối đất của tụ điện đầu vào và đầu ra được nối với mặt phẳng đất của lớp dưới cùng hoặc lớp bên trong thông qua nhiều vias. Nếu mặt dưới của thiết bị có lớp vỏ đồng với đặc tính nối đất thì thiết bị cũng có thể được kết nối với mặt phẳng đất của lớp dưới hoặc lớp bên trong thông qua nhiều vias để tăng cường khả năng tản nhiệt.

(6)Nguồn điện DC và mặt đất DC, tương đương với mặt đất AC, có thể che chắn các tín hiệu nhiễu, vì vậy không nên phân chia chúng càng nhiều càng tốt. Nếu việc phân đoạn là không thể tránh khỏi, hãy giảm số lượng và độ dài của đường tín hiệu càng nhiều càng tốt và cách ly các tín hiệu nhỏ khỏi các mặt phẳng tín hiệu lớn bằng AC càng nhiều càng tốt.

(7) Vòng điều khiển cổng cổng của MOSFET nguồn phải càng ngắn càng tốt và nên sử dụng dây song song. Nguồn D và cống S của MOSFET được nối bằng đồng càng nhiều càng tốt, như trong Hình 3.

(a) 好的布线 (b) 不好布线 

Hình 3: Công nghệ MOSFET

(8) Hệ thống cấp nguồn của bo mạch 2 lớp, lớp trên cùng là lớp thành phần và vòng lặp nguồn, lớp dưới cùng là lớp tín hiệu nhỏ và mặt phẳng mặt đất. Bảng 4 lớp hoặc 6 lớp, có thể áp dụng sơ đồ sau.

表1:4层板MỗiLớpphân phối

表2:6层板MỗiLớpphân phối

3,Ví dụ về bố cục thiết kế PCB của bộ chuyển đổi BUCK

3.1Sơ đồ rời rạc

Các ống trên và dưới sử dụng MOSFET công suất riêng biệt và có hai cách bố trí chung của ống trên và dưới:

(1) Ống trên và ống dưới nằm ngang và thẳng đứng 90 độ, như trong Hình 4;

(2) Ống trên và ống dưới được bố trí theo chiều ngang, như trong Hình 5.

Nguyên tắc cơ bản là: đầu tiên bố trí mạch điện chính, đặc biệt là tụ điện đầu vào và mạch MOSFET công suất, sau đó bố trí mạch điện cảm và tụ điện đầu ra, xem xét sự phân chia giữa mặt đất nguồn và mặt đất tín hiệu nhỏ; Cuối cùng, ở phía mặt đất tín hiệu nhỏ, bố trí các đường tín hiệu liên quan.

(a) 优化布局

(b) 较差布局

Hình 4: 垂直排列分立器件BUCK布局

Hai bố cục trong hình. 4, vòng lặp đầu vào và mặt đất đầu vào trong hình. 4(a), nhỏ hơn nhiều so với những gì trong hình. 4(b), do đó bố cục trong hình. 4(a) được tối ưu hóa hơn.

(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

Trong bố cục của Hình 5, Cin ở rất xa, vòng lặp đầu vào và mặt đất đầu vào tương đối lớn, nhưng bố cục này phù hợp với kết nối song song nhiều ống và có thể giảm vòng lặp hiện tại của mạch BUCK bằng cách thêm tần số cao tụ lọc ở mặt sau của PCB.

3.2 Đề án tích hợp

Sơ đồ tích hợp đề cập đến IC chuyển đổi BUCK tích hợp ống trên và ống dưới. Các thiết kế sau đây được lấy từ cách bố trí được đề xuất trong bảng dữ liệu thiết bị của một số nhà sản xuất và thiết kế thực tế của một số kỹ sư của khách hàng.

Nguyên tắc cơ bản giống như trên: đầu tiên bố trí mạch điện chính, đặc biệt là tụ điện đầu vào và mạch nối đất IC, sau đó bố trí tụ điện đầu ra, xem xét sự phân chia giữa nối đất nguồn và nối đất tín hiệu nhỏ; Cuối cùng, ở phía mặt đất tín hiệu nhỏ, bố trí các đường tín hiệu liên quan.

 (a) 布局1

 (b) 布局2

(c) 布局3

Hình 6: SOT23几种PCB

Theo phương pháp phân tích Hình 4. 6, đường dẫn bật và tắt hiện tại của ống trên trong hình. XNUMX lần lượt được rút ra và có thể tìm thấy rằng:

(1) đường dẫn hiện tại trong hình. 6(a) sẽ đi qua đáy IC và trở về mặt đất của tụ điện đầu vào bên dưới. đường dẫn hiện tại dài và mặt đất nguồn (khu vực góc trên bên trái của chân GND của IC) và mặt đất tín hiệu nhỏ (khu vực bên phải của chân GND của IC) cũng phải được phân chia chặt chẽ. Ưu điểm là nút chuyển mạch SW được kết nối trực tiếp với cuộn cảm ở tầng trên cùng.

(2) Đường dẫn dòng điện trong Hình 6(b) là ngắn nhất, và đường nối đất nguồn (vùng góc trên bên trái PGND của chân GND của IC) và đường nối đất tín hiệu nhỏ (vùng SGND bên phải của chân GND của IC) được phân chia chặt chẽ , như trong Hình 7. Nhược điểm là nút công tắc SW được kết nối với cuộn cảm thông qua một lỗ xuyên.

Hình 7:SOT23局2电流路径

(3) trong hình. Như hình 6(c), các linh kiện gần chân phải của IC, một điện trở và một tụ điện nối với chân BOOT làm cho mặt đất của tụ điện đầu ra không trực tiếp trở về chân GND của IC. Có hai mạch để nối đất của tụ điện đầu ra và chân GND của IC: một là thông qua lỗ xuyên ở đáy IC, lỗ xuyên gần mặt đất của tụ điện đầu ra và mặt phẳng nối đất ở phía dưới tạo thành mạch kết nối; Cái còn lại là nối đất của tụ điện đầu ra, được quấn từ dưới IC đến chân GND của IC và nối đất của tụ điện đầu vào qua lớp vỏ đồng phía trên.Trong thiết kế bố trí này, đường dẫn hiện tại là dài nhất, mặt đất nguồn và mặt đất tín hiệu nhỏ không được phân chia và nút công tắc SW được kết nối với cuộn cảm qua lỗ xuyên qua nên thiết kế bố trí kém.Ở phía dưới thiết bị SOT23 có lớp vỏ bằng đồng với đặc tính nối đất. Trên miếng PCB tương ứng, có thể đặt nhiều vias, có thể kết nối với mặt phẳng nền của lớp dưới cùng hoặc lớp bên trong để tăng cường khả năng tản nhiệt. Như trên Hình 8, trong điều kiện cho phép, đặt càng nhiều vias càng tốt, đường kính của vias phải được chọn phù hợp để đảm bảo sau khi hàn thiếc không bị rò rỉ và thiếc sẽ lấp đầy vias.

 Hình 8:PCB của SOT23

Hình 9 liệt kê một số sơ đồ thiết kế PCB của gói SO8. Các bên quan tâm có thể phân tích ưu điểm và nhược điểm của mình theo các phương pháp trên.

(a) 布局1

 (b) 布局2

(c) 布局3

Mã số 9: Chất liệu PCB của SO8

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được sao chép từ "Songge Power Supply" để hỗ trợ việc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn và tác giả khi tái bản. Nếu có vi phạm vui lòng liên hệ với chúng tôi để xóa.