En el circuito de alimentación DC/DC, el diseño de la PCB es fundamental para el correcto funcionamiento del circuito y la correcta visualización de diversos indicadores. Este artículo toma como ejemplo el circuito reductor para analizar brevemente cómo realizar un diseño de PCB adecuado y las precauciones a tomar en su diseño.
Tomando como ejemplo la topología del circuito reductor más simple, la siguiente figura indica la dirección de la corriente cuando se activa y desactiva el tubo superior, es decir, la parte del bucle de potencia. Esta parte del circuito es responsable de suministrar energía a la carga del usuario y soporta una gran potencia.
Combinando las formas de onda de corriente de Q1 y Q2 en la figura a continuación, es fácil observar que, debido a la presencia de inductancia, no habrá una mayor tendencia de cambio de corriente en la segunda mitad del circuito, y solo en la parte de los dos tubos de conmutación habrá una alta tasa de conversión de corriente. Se debe prestar especial atención al cableado de la PCB para minimizar el área de este enlace de rápida variación tanto como sea posible y así reducir la interferencia con otras partes. Con el avance de la tecnología de integración, la mayoría de los chips de potencia actualmente integran los tubos superior e inferior en el chip.
El bucle de potencia también debe ocupar el menor área posible para reducir la emisión de ruido y los parámetros parásitos. La disposición recomendada de la PCB se muestra en la figura anterior. Puntos a tener en cuenta:
① El condensador de entrada se coloca cerca de la entrada del chip (VIN) y la tierra de alimentación (PGND) para reducir la presencia de inductancia parásita. Dado que la corriente de entrada es discontinua, el ruido causado por la inductancia parásita afecta negativamente la tensión no disruptiva y la unidad lógica del chip.
Hay al menos un condensador de desacoplamiento junto al pin VIN para filtrar el ruido de CA de la entrada de potencia y el ruido de potencia del interior del chip (reflujo), así como para almacenar energía para el chip. El condensador debe estar cerca del pin y la separación entre ambos debe ser inferior a 40 milésimas de pulgada.
② El bucle de alimentación debe ser lo más corto y grueso posible, manteniendo el área del bucle pequeña para reducir la emisión de ruido.
③ El punto SW es una fuente de ruido. Para garantizar la corriente, mantenga el área lo más pequeña posible y manténgala alejada de puntos sensibles.
④ El área de cobre y el número de vías afectarán la capacidad de conducción de corriente y la disipación de calor de la PCB. Dado que la capacidad de conducción de corriente de la PCB está relacionada con el material, el grosor, el ancho y el grosor del cable, y el aumento de temperatura de la placa, es relativamente compleja y se puede determinar y calcular con precisión mediante el estándar IPC-2152.
En general, se necesitan más vías en VIN (al menos 6 vías) y PGND (al menos 9 vías), y se debe maximizar el cobre en estas dos ubicaciones para reducir la impedancia parásita. El cobre en SW también debe ensancharse para evitar la limitación de corriente y un funcionamiento anormal.
Para diseños relacionados, consulte la siguiente tabla:
| Recomendaciones de Diseño | Peso (%) | Puntuación | Autoevaluación | Notas | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ubicación de los componentes: Mantenga una separación de 40 milésimas de pulgada. Colóquelos en la misma capa que el chip. Los condensadores de entrada deben colocarse cerca del chip. Los condensadores de desacoplamiento deben colocarse a 6 milésimas de pulgada (distancia mínima permitida entre componentes) junto a los pines VIN y PGND de alimentación, preferiblemente sin exceder las 20 milésimas de pulgada. | 15 | En los módulos de alimentación, este punto puede ignorarse. | ||||||||
| Ubicación del inductor para el módulo de alimentación: Colóquelo cerca del pin SW. Colóquelo en la misma capa que el chip. | 15 | En los módulos de alimentación, este punto puede ignorarse. | ||||||||
| Ubicación del condensador de salida: Ambos extremos deben colocarse cerca del terminal Vout del inductor y del PGND de alimentación. Colóquelos en la misma capa que el chip. | 15 | |||||||||
| Ubicación del diodo de rueda libre: Debe colocarse cerca del SW del inductor y del PGND de alimentación. Colóquelo en la misma capa que el chip. | 5 | En los chips que utilizan alimentación síncrona, este punto puede ignorarse. | ||||||||
| Ubicación del condensador VCC: Debe colocarse cerca del pin VCC del chip. Colóquelo en la misma capa que el chip. | 3 | Ubicación de la resistencia del FB: Debe colocarse cerca del pin del FB, con pistas lo más cortas posible. Colóquela en la misma capa que el chip. MantengaLejos de fuentes de ruido. | 3 | |||||||
| Ubicación del RC BST: Debe colocarse cerca de los pines SW y BST. Colóquelo en la misma capa que el chip. | 3 | |||||||||
| Ubicación del RC COMP: Colóquelo cerca del pin correspondiente. | 3 | Si no hay dicho pin, este elemento se puede ignorar. | ||||||||
| Conexión de cobre de red de alta potencia - Conexión de cobre VIN | 3 | |||||||||
| Conexión de cobre de red de alta potencia - Conexión de cobre SW: Cuanto más corto, mejor, siempre que haya suficiente capacidad de conducción de corriente. | 4 | |||||||||
| Conexión de cobre de red de alta potencia - Conexión de cobre Vout | 3 | |||||||||
| Conexión de cobre de red de alta potencia - Conexión de cobre GND | 4 | Es más conveniente realizar la conexión de cobre completa al final. | ||||||||
| Orificios VIA - Cantidad de vías de red GND: (lin + lout)/200 mA | 4 | Orificios VIA - Cantidad de vías de la red VIN: lin/200 mA | 3 | |||||||
| Orificios VIA - Cantidad de vías de la red Vout: lin/200 mA | 3 | |||||||||
| Orificios VIA - No coloque vías en los pines del chip ni en los pads de los componentes. | 1 | |||||||||
| Otras señales de baja potencia - Resistencia EN: Intente colocarla lo más cerca posible del chip; se puede colocar en diferentes capas. | 1 | |||||||||
| Otras señales de baja potencia - SS RC: Intente colocarla lo más cerca posible de los pines del chip. | 1 | |||||||||
| Otras señales de baja potencia - PG | 1 | |||||||||
| Otras señales de baja potencia - Otros (CS, modo, etc.) | 1 | Consulte la hoja de especificaciones correspondiente. | ||||||||
| Trazas - Tanto las trazas como los vertidos de cobre deben tener esquinas de 45° o redondeadas. | 2 | |||||||||
| Trazas - No hay trazas debajo del inductor. | 1 | |||||||||
| Trazas - Señales de muestreo: Enrutamiento en paralelo. | 1 | Si no existe dicha función, este elemento se puede ignorar. |
