הנחיות לתכנון פריסת Pcb עבור מעגלי אספקת חשמל במצב מתג

החלפת ספק כוח היא טופולוגיית אספקת חשמל שנמצאת בשימוש נרחב בתחום האלקטרוניקה. בין אם זה יכול להיות מכונת CNC מסובכת או מכשיר אלקטרוני קומפקטי, כל עוד המכשיר מחובר לספק כוח כלשהו, ​​מעגל SMPS תמיד חובה. יחידת אספקת חשמל לא נכונה או פגומה עלולה להוביל לכשל גדול במוצר ללא קשר למעגל המעוצב והפונקציונלי. תכננו כבר לא מעט מעגלי אספקת חשמל מסוג SMPS כמו SMPS 12V 1A ו- SMPS 5V 2A באמצעות IC Power Integration ו- IC Viper בהתאמה.

כל ספק כוח מיתוג משתמש במתג כמו MOSFET או טרנזיסטור חשמל שמופעל או כובה כל הזמן, בהתאם למפרט הנהג המיתוג. תדר ההחלפה של מצב ON ו- OFF זה נע בין כמה מאות קילוגרם לטווח מגה-הרץ. במודול מיתוג בתדירות גבוהה שכזו , טקטיקות העיצוב של PCB הן חיוניות הרבה יותר ולעתים מתעלמים מהמעצב. לדוגמא, תכנון גרוע של PCB עלול להוביל לכשל במעגל כולו, כמו גם PCB שתוכנן היטב יכול לפתור אירועים לא נעימים רבים.

ככלל אצבע, הדרכה זו תספק כמה היבטים מפורטים של הנחיות חשובות לפריסת עיצוב PCB החיוניות לכל סוג של עיצוב PCB מבוסס אספקת חשמל. אתה יכול גם לבדוק את טכניקות העיצוב להפחתת EMI במעגלי SMPS.

דבר ראשון, לתכנון ספק כוח במצב מתג, צריך להיות אינדיקציה ברורה לגבי דרישת המעגל והמפרט. ספק הכוח כולל ארבע חלקים חשובים.

1. מסנני קלט ופלט.
2. מעגלי נהג ורכיבים נלווים לנהג במיוחד מעגל בקרה.
3. משרני מיתוג או שנאים
4. Bridge Output והמסננים הנלווים.

בתכנון PCB, כל הסגמנטים צריכים להיות מופרדים ב- PCB ודורשים התייחסות מיוחדת. נדון בפירוט בכל קטע במאמר זה.

הנחיות למסנני קלט ומשויך

קטע הקלט והסינון הוא המקום שבו קווי האספקה ​​הרועשים או הבלתי מוסדרים מתחברים למעגל. לכן, קבלים של מסנן הקלט צריכים להיות ממוקמים במרחק שווה ממחבר הקלט וממעגל הנהג. חיוני להשתמש תמיד באורך קצר של חיבור לחיבור קטע הקלט למעגל הנהג.

החלקים המודגשים בתמונה לעיל מייצגים את המיקום הקרוב של קבלים המסננים.

הנחיות למעגלי נהג ומעגל בקרה

הנהג מורכב בעיקר מ- MOSFET פנימי או שלעתים MOSFET המיתוג מחובר חיצונית. קו המיתוג תמיד מופעל ונכבה בתדירות גבוהה מאוד ויוצר קו אספקה ​​רועש מאוד. חלק זה תמיד צריך להיות נפרד מכל שאר החיבורים.

לדוגמא, יש להפריד בין קו DC המתח העובר ישירות לשנאי (עבור SMPS של flyback) או קו ה- DC המגיע ישירות למשרן הכוח (Buck או Boost ויסות מיתוג מבוסס טופולוגיה).

בתמונה למטה, האות המודגש הוא קו DC המתח הגבוה. האות מנותב בצורה כזו שהוא מופרד מאותות אחרים.

אחד הקווים הרועשים ביותר בתכנון אספקת חשמל במצב מתג הוא סיכת הניקוז של הנהג, בין אם מדובר בעיצוב זרם זרם זרם זרם חילופין ובין אם זה יכול להיות ספק כוח, דחיפה או דחיפה של דופק מבוסס טופולוגיה. לְעַצֵב. זה תמיד צריך להיות מופרד מכל החיבורים האחרים, כמו גם צריך להיות קצר מאוד, כי סוג זה של ניתוב בדרך כלל נושא אותות בתדירות גבוהה מאוד. הדרך הטובה ביותר לבודד את קו האות הזה מאחרים היא להשתמש בניתוק PCB באמצעות שכבות כרסום או ממד.

בתמונה למטה, מוצג חיבור סיכת ניקוז מבודד שיש לו מרחק בטוח מהמצמד האופטי וכן חיתוך ה- PCB יסיר כל הפרעה מניתובים או אותות אחרים.

נקודה חשובה נוספת היא, שבמעגל הנהג כמעט תמיד יש משוב או קו חישה (כמה פעמים יותר מאחד כמו קו תחושת מתח כניסה, קו חוש פלט) שהוא מאוד רגיש ותפעול הנהג תלוי לחלוטין על ידי חישה של המשוב. כל סוג של משוב או קו תחושה צריך להיות קצר יותר כדי למנוע צימוד רעשים. תמיד צריך להפריד בין סוגים אלה של קווים מ- Power, מיתוג או כל קווים רועשים אחרים.

התמונה למטה מציגה קו משוב נפרד ממצמד האופטי לנהג.

לא זו בלבד, אלא שבמעגל הנהג יכולים להיות גם סוגים רבים של רכיבים כגון קבלים, מסנני RC הנדרשים לבקרת פעולות מעגל הנהג. רכיבים אלה צריכים להיות ממוקמים מקרוב על פני הנהג.

הנחיות למיתוג משרנים ורובוטריקים

משרן מיתוג הוא הרכיב הזמין הגדול ביותר בכל לוח אספקת חשמל אחרי קבלים מגושמים. תכנון אחד רע הוא לנתב כל סוג של קשר בין מובילי המשרן. זה חיוני לא לניתוב כל אותות בין המעצמות או רפידות משרן המסנן.

כמו כן, בכל פעם שמשתמשים בספקי חשמל, במיוחד ב- AC-DC SMPS, השימוש העיקרי בשנאי זה הוא בידוד הקלט עם הפלט. נדרש מרחק הולם בין רפידות ראשוניות ומשניות. אחת הדרכים הטובות ביותר להגדיל את השרץ היא על ידי יישום חיתוך PCB באמצעות שכבת כרסום. לעולם אל תשתמש בשום סוג של ניתוב בין מובילי השנאי.

הנחיות לסעיף גשר פלט ומסנן

גשר המוצא הוא דיודת שוטקי גבוהה הנוכחית המפיצה חום בהתאם לזרם העומס. במקרים ספורים נדרשים כיורי קירור PCB שיש ליצור ב- PCB עצמו באמצעות מישור הנחושת. יעילות גוף הקירור פרופורציונאלית לאזור הנחושת והעובי של PCB.

ישנם שני סוגים של עובי נחושת הקיימים בדרך כלל ב- PCB, 35 מיקרון ו -70 מיקרון. גבוה העובי הוא, את קישוריות התרמית הטובה יותר באזור גוף קירור PCB לקבל מקוצר. אם ה- PCB הוא שכבה כפולה והחלל המחומם אינו זמין במעט ב- PCB, ניתן להשתמש בשני צידי מישור הנחושת ויכול לחבר את שני הצדדים הללו באמצעות וויות משותפות.

התמונה שלהלן היא דוגמה לגוף קירור של דיודת שוטקי שנוצרת בשכבה התחתונה.

יש למקם את קבלים המסננים מיד לאחר דיודת שוטקי מקרוב על פני השנאי או משרן המיתוג באופן כזה שלולאת האספקה ​​דרך המשרן , דיודת הגשר וקבל תהיה קצרה מאוד. באופן כזה ניתן להפחית את אדוות הפלט.

התמונה לעיל היא דוגמה לולאה קצרה מיציאת השנאי לדיודת הגשר וקבל המסנן.

צמצום הקפצה בקרקע עבור פריסות PCB של SMPS

ראשית, מילוי הקרקע חיוני והפרדת מישורי קרקע שונים במעגל אספקת החשמל היא דבר נוסף וחשוב ביותר.

מנקודת המבט של המעגל, לספק כוח מיתוג יכול להיות בסיס משותף אחד לכל הרכיבים, אך זה לא המקרה בשלב תכנון ה- PCB. לפי נקודת המבט העיצובית של PCB, הקרקע מופרדת לשני חלקים. החלק הראשון הוא קרקע כוח והחלק השני הוא קרקע אנלוגית או שליטה. לשני השטח הללו יש את אותו הקשר אבל יש הבדל גדול. רכיבים המשויכים למעגל הנהג משמשים לקרקע אנלוגית או לבקרה. רכיבים אלה משתמשים במישור קרקע היוצר נתיב החזרת זרם נמוך, לעומת זאת, אדמת הכוח נושאת את נתיב ההחזר הנוכחי הגבוה. רכיבי חשמל רועשים ועלולים להוביל לבעיות הקפצה קרקעיות לא בטוחות במעגלי הבקרה אם הם מחוברים ישירות באותה קרקע. התמונה שלהלן מראה כיצד מעגלי האנלוגיה והבקרה מבודדים לחלוטין מקווי חשמל אחרים של ה- PCB ב PCB שכבה אחת.

יש להפריד בין שתי החלקים הללו ויש לחבר אותם באזור מסוים.

זה קל אם ה- PCB הוא שכבה כפולה, כמו שהשכבה העליונה יכולה לשמש כקרקע בקרה וכל מעגלי הבקרה צריכים להיות מחוברים במישור הקרקע המשותף בשכבה העליונה. מצד שני, השכבה התחתונה יכולה לשמש כקרקע חשמל וכל הרכיבים הרועשים צריכים להשתמש במישור הקרקע הזה. אך שני הבסיסים הללו הם אותו קשר ומחוברים בסכמה. כעת, לחיבור השכבות העליונות והתחתונות, ניתן להשתמש בוויאות לחיבור שני מישורי הקרקע במקום אחד. לדוגמה, ראה את התמונה למטה -

בחלק הנ"ל של הנהג יש את כל הקבלים הקשורים לסינון הכוח המשתמשים במישור קרקע הנקרא בנפרד Power GND, אך החלק התחתון של IC הנהג הוא כל הרכיבים הקשורים לבקרה, תוך שימוש ב- GND שליטה נפרד. שתי העילות הן אותו קשר אך נוצרות בנפרד. שני חיבורי GND הצטרפו לאחר מכן דרך IC Driver.

בצע את תקני ה- IPC

פעל על פי הנחיות וכללי ה- PCB לפי תקן תכנון PCB של IPC. זה תמיד ממזער את סיכויי השגיאה אם ​​המעצב עוקב אחר תקן תכנון PCB המתואר ב- IPC2152 ו- IPC-2221B. זכרו בעיקר שרוחב העקבות משפיע ישירות על הטמפרטורה ועל כושר הנשיאה הנוכחי. לכן, הרוחב הלא נכון של העקבות יכול להוביל לעליית טמפרטורה ולזרימת זרם ירודה.

המרווח בין שתי עקבות חשוב גם להימנע כישלון ודאית או Cross-Talk, לפעמים crossfires ביישום מתח גבוה הנוכחי גבוה. IPC-9592B מתאר את המרווח המומלץ בין קווי החשמל בתכנון PCB מבוסס ספקי כוח.

חיבור קלווין ל Sense Line

חיבור קלווין הוא פרמטר חשוב נוסף בתכנון לוח אספקת החשמל, בגלל דיוק המדידה המשפיע על יכולת מעגל הבקרה. מעגל בקרת אספקת חשמל דורש תמיד סוג כלשהו של מדידות, בין אם זה חישת זרם או חישת מתח בקו המשוב או החישה. חישה זו צריכה להיעשות ממובילי הרכיבים בצורה כזו שאותות או עקבות אחרים לא מפריעים לקו החישה. חיבור קלווין מסייע בהשגת אותו הדבר, אם קו החישה הוא זוג דיפרנציאלי, האורך צריך להיות זהה לשני העקבות והעקבות צריכים להתחבר על פני מובילי הרכיב.

לדוגמא, חיבור קלווין מתואר כראוי בהנחיות העיצוב PCB של בקרי כוח על ידי מכשירים מטקסס.

התמונה לעיל מציגה חישה נוכחית נכונה באמצעות חיבור קלווין. החיבור הנכון הוא חיבור קלווין נכון שיהיה חיוני לעיצוב קו תחושה. פריסת ה- PCB ניתנת כהלכה במסמך זה.

פריסת ה- PCB מציגה חיבור הדוק בין הקבל הקרמי 10nF ו- 1nF על פני מנהל ההתקן או בקר הבקר. קו הסנס משקף גם את הקשר הקלוויני הנכון. שכבת ההספק הפנימית היא קו מקור מופרד המחובר לאותם קווי מקור אך מופרדים באמצעות מספר ויאות להפחתת צימוד רעשים.