Bekalan kuasa memainkan peranan penting dalam aplikasi sistem. Reka bentuk PCB bekalan kuasa yang berkualiti boleh mengoptimumkan kecekapan kuasa, meredakan tekanan pelesapan haba dan mengurangkan pelepasan hingar untuk meningkatkan ketepatan dan kestabilan dalam kuasa luar. Pada masa ini, banyak aplikasi produk seperti perindustrian, automotif, komunikasi dan pengguna telah menuntut penyelesaian kecil; akibatnya, keperluan pengecilan juga telah meningkat dengan sewajarnya. Artikel ini akan meneroka susun atur PCB butiran bekalan kuasa.
Prinsip Asas Susun atur PCB Bekalan Kuasa.
Penempatan Sumber Kuasa
Pertama sekali, apabila mempertimbangkan bekalan kuasa PCB pada peringkat awal susun atur sistem, lokasinya mesti diambil kira. Prinsip utama adalah meletakkannya berhampiran bebannya untuk mengelakkan kesan PCB terlalu panjang dan mewujudkan perbezaan voltan yang terlalu besar antara voltan beban sebenar dan voltan keluaran set yang ditetapkan oleh bekalan kuasa yang mengakibatkan pengukuran voltan tidak tepat, tindak balas beban dinamik yang lebih perlahan, kecekapan berkurangan. Tambahan pula, anggaran kawasan bekalan kuasa juga mesti disediakan; jika tidak, banyak garis panduan susun atur PCB tidak dapat diikuti dan prestasi kerja tidak dapat dijamin untuk bekalan kuasa ini.
Pada masa yang sama, jika sistem mempunyai kipas untuk pelesapan haba, meletakkan bekalan kuasanya berhampiran alur keluar udaranya akan membantu menghilangkan haba dengan lebih berkesan sambil meningkatkan kecekapan kuasa. Untuk memastikan penyejukan kipas yang berkesan, laluan pelesapan habanya juga mesti dipertimbangkan dengan teliti untuk mengelakkan menghalang komponen pasif tinggi (aruh dan kapasitor elektrolitik) daripada menghalang komponen aktif pendek seperti tiub MOS dan pengawal PWM daripada menghilangkan haba dengan berkesan.
Proses Reka Bentuk PCB Berbilang Lapisan
Sebagai sebahagian daripada reka bentuk papan PCB berbilang lapisan, ia sering dinasihatkan untuk menambah lapisan voltan bumi atau DC sebagai lapisan perisai antara lapisan arus tinggi (seperti voltan masukan atau voltan keluaran) dan lapisan isyarat kecil yang sensitif. Lapisan tanah atau lapisan voltan DC boleh mengasingkan isyarat kecil sensitif dan gelung kuasa untuk mengelakkan gangguan dengan isyarat kecil. Apabila mereka bentuk susun atur lapisan voltan tanah atau DC, meminimumkan pendawaian untuk memastikan lapisan tidak terganggu adalah keutamaan jika boleh.
Apabila perlu pastikan talian mengikut arah yang sama seperti pendawaian arus tinggi lapisan kuasa untuk meminimumkan gangguan dengan isyarat kecil. Jika mesti ada pendawaian di samping mengikuti pendawaian arus tinggi yang serupa pada lapisan kuasa supaya dapat mengurangkan gangguan antara kedua-duanya. Contohnya:
Pilihan 1(reka bentuk yang tidak berkesan)
PCB 6 lapisan
Lapisan 1: Peranti Kuasa
Lapisan 2: Isyarat Kecil
Tahap 3: Aras tanah
Lapisan 4: Voltan DC atau lapisan lantai
Lapisan 5: Isyarat Kecil
Lapisan 6: Peranti kuasa atau pengawal
PCB 4 lapisan
Lapisan 1: Peranti Kuasa
Lapisan 2: Isyarat Kecil
Tahap 3: Aras tanah
Lapisan 4: Isyarat kecil atau pengawal
Pilihan 2(reka bentuk yang berkesan)
PCB 6 lapisan
Lapisan 1: Peranti Kuasa
Tahap 2: Aras tanah
Lapisan 3: Isyarat Kecil
Lapisan 4: Voltan DC atau lapisan lantai
Lapisan 5: Isyarat Kecil
Lapisan 6: Peranti kuasa atau pengawal
PCB 4 lapisan
Lapisan 1: Peranti Kuasa
Tahap 2: Aras tanah
Lapisan 3: Isyarat Kecil
Lapisan 4: Isyarat kecil atau pengawal
Pilihan 1 ialah reka bentuk yang tidak berkesan di mana lapisan isyarat kecil terperangkap di antara lapisan tanah dan arus tinggi, meningkatkan gandingan kapasitif antaranya dan lapisan arus tinggi dan seterusnya menjadikan gangguan antara isyarat kecil mudah terganggu dengan lapisan arus tinggi lebih berkemungkinan besar.
Susun atur peranti kuasa
Litar bekalan kuasa pensuisan terdiri daripada dua gelung - gelung kuasa dan gelung kawalan isyarat kecil. Dalam gelung kuasa adalah peranti yang membawa arus besar seperti induktor, kapasitor dan transistor MOS - peranti ini mesti dibentangkan sebelum bermula. Sementara itu, gelung kawalan isyarat kecil menampilkan perintang maklum balas, rangkaian pampasan, tetapan frekuensi dan tetapan arus lebih, biasanya terletak di lokasi tertentu pada cip kuasa.
Pengiraan Lebar Talian Kuasa
Disebabkan oleh magnitud arus yang mengalir melalui talian kuasa, talian yang sempit akan mengakibatkan peningkatan kehilangan dan suhu PCB.
Sesuai untuk pengiraan lebar talian antara 1A hingga 20A dengan arus, dengan W ialah lebar garisan yang diukur dalam mil; I ialah arus diukur dalam Amperes; Tcu ialah berat kuprum dalam OZ bahan tembaga PCB dengan berat dalam OZ.
Dengan mengandaikan 5A semasa dan berat kuprum 1Oz sebagai contoh, lebar talian minimum yang diperlukan ialah 120mils.
Berikut ialah formula empirikal untuk lebar baris:
Reka Letak Gelung dengan Kadar Perubahan Semasa yang Tinggi
Semua komponen, seperti jejak PCB, mengandungi kearuhan parasit, kemuatan dan rintangan, yang akan turun naik dengan perubahan arus. Perubahan arus secara tiba-tiba boleh mengakibatkan lonjakan voltan pada kearuhan parasit, yang melebihi keperluan voltan tahan dan merebak gangguan ke luar mengurangkan lagi peluang untuk lulus ujian EMI.
Rajah 1 Ditunjukkan ialah struktur asas litar Buck.
Rajah 1 menggambarkan struktur asas litar Buck. Pertama, garis hijau menunjukkan di mana arus mengalir apabila tiub atas dihidupkan; garis merah mewakili laluan semasa apabila ia dimatikan; gelung dengan kadar perubahan arus yang tinggi hanya mempunyai satu warna untuk menandakan bahagiannya dalam litar - kaedah ini digunakan untuk semua topologi litar.
Rajah 2. Litar Buck untuk gelung kadar perubahan arus tinggi
Rajah 2 menggambarkan gelung kadar perubahan arus tinggi bagi litar Buck, dengan biru mewakili gelung kadar perubahan arus tingginya. Adalah perlu untuk memastikan bahawa tanah dan satahnya dipisahkan; kapasitor penyahgandingannya biasanya berjulat nilai antara 0.1uF hingga 10uF; ia adalah kapasitor seramik jenis X5R atau jenis X7R dengan ciri aruhan dan rintangan parasit kecil yang menyediakan laluan aliran arus yang baik pada kadar perubahan arus yang tinggi.
Rajah 3 Rangka Litar Boost
Rajah 4. Litar penggalak untuk gelung kadar perubahan arus besar
Seperti rakan sejawatannya, litar Boost boleh dianalisis dan direka bentuk menggunakan kaedah yang sama seperti yang digunakan dengan litar Buck (Rajah 3 dan 4 masing-masing menunjukkan struktur litar asas litar Boost dan gelung kadar perubahan arus besar).
High Susun Atur Nod Kadar Perubahan Voltan
Bekalan kuasa pensuisan mempunyai nod antara MOS tiub pensuisan dan diod roda bebas (atau penerus tiub MOS) yang bertukar dengan cepat antara voltan tanah dan voltan tinggi dan kadar perubahan voltannya adalah pantas; voltan nod mereka, yang dikenali sebagai "voltan deringan", adalah punca kebanyakan bunyi gangguan elektromagnet (EMI).
Untuk meminimumkan gandingan dengan talian isyarat kecil sensitif hingar, kawasan di sekeliling nod suis mesti diminimumkan, tetapi perlu diingat nod ini tidak boleh menjadi terlalu kecil!
Rajah 5. SCT2360 Load Schematic Diagram 12V input 5V output Skema 6A
Jadi dalam reka bentuk papan berbilang lapisan, adalah berfaedah untuk memasukkan satah tanah pada lapisan seterusnya daripada nod suis untuk pengasingan yang dipertingkatkan dan mengurangkan perambatan hingar.
SCT2360 berfungsi sebagai contoh di mana L1 dan SW terletak agak rapat; pelesapan haba melalui nod kuprum harus dimaksimumkan untuk mengurangkan keupayaan perambatan perambatan hingar. Eashub telah mengambil kira masalah ini semasa mereka bentuk cip mereka, untuk meminimumkan sambungan gelung antara BST dan SW (iaitu pada pin bersebelahan).
Rajah 6SCT2360 Susun atur
Susun Atur Kapasitor Penapis frekuensi tinggi.
Kapasitor penapis frekuensi tinggi adalah bahagian penting dalam mana-mana sistem elektronik, berfungsi untuk melindungi daripada gelung kadar perubahan arus yang besar dan mengurangkan tekanan voltan. Pada SCT2360 misalnya, kapasitor C3 terletak paling hampir dengan PIN VIN dan PIN PGND cip melalui talian sambungan yang pendek tetapi tebal.
Jadual 2 menyediakan contoh susun atur kapasitor penapis frekuensi tinggi (tiada vias).
Jadual 3 Ditunjukkan di bawah ialah contoh susun atur kapasitor penapis frekuensi tinggi (dengan vias).
Susun atur kuasa berbilang
Jika berbilang bekalan kuasa yang berkongsi sumber input dalam sistem tidak beroperasi secara serentak antara satu sama lain, jejak bekalan kuasa input mereka mesti diasingkan untuk mengelakkan bunyi mod biasa antara bekalan ini daripada merambat ke kedua-dua input dan tanah dan mengganggu antara satu sama lain .
Jadual 4 Menyediakan contoh konfigurasi bekalan berbilang kuasa.
Kesimpulan:
Dianggarkan 80% isu reka bentuk PCB bekalan kuasa berasal dari susun atur PCB. Menumpukan masa yang mencukupi dalam susun atur PCB lebih awal boleh mengurangkan masa penyahpepijatan dengan ketara kemudian dan memendekkan kitaran pembangunan, produk siri SCT23xx yang menawarkan pengoptimuman pin PIN cip boleh membantu pelanggan mencapai susun atur PCB yang optimum untuk prestasi kuasa terbaik.
Eashub berusaha untuk menyampaikan butiran cip kuasa yang cemerlang, dan terus mencipta produk cip kuasa berkualiti tinggi untuk menyediakan pelanggan dengan penyelesaian yang optimum.
