Dans un circuit d'alimentation CC/CC, la disposition du circuit imprimé est essentielle au bon fonctionnement du circuit et à la qualité des différents indicateurs. Cet article prend l'exemple d'un circuit abaisseur de tension (BUCK) afin d'analyser brièvement la conception d'un circuit imprimé raisonnable et les précautions à prendre.
En prenant comme exemple la topologie la plus simple d'un circuit abaisseur de tension (BUCK), la figure suivante illustre le sens du courant lorsque le tube supérieur est activé et désactivé, c'est-à-dire la boucle de puissance. Cette partie du circuit est chargée d'alimenter la charge et supporte une puissance importante.
En combinant les formes d'onde de courant de Q1 et Q2 illustrées dans la figure ci-dessous, il est facile de constater qu'en raison de la présence d'inductance, la seconde moitié du circuit ne présente pas de variation de courant plus élevée, et que seule la partie comportant deux tubes de commutation présente un taux de conversion de courant élevé. Une attention particulière doit être portée au câblage du circuit imprimé afin de minimiser la surface de cette liaison à variation rapide et de réduire les interférences avec les autres composants. Grâce aux progrès de la technologie d'intégration, la plupart des puces de puissance intègrent actuellement les tubes supérieur et inférieur.
La boucle de puissance doit également occuper une surface aussi réduite que possible afin de réduire les émissions de bruit et les paramètres parasites sur la boucle. La disposition recommandée du circuit imprimé est illustrée dans la figure ci-dessus. Points à noter :
- Le condensateur d'entrée est placé près de l'entrée Vin de la puce et de la masse d'alimentation PGND afin de réduire la présence d'inductance parasite. Le courant d'entrée étant discontinu, le bruit causé par l'inductance parasite a un effet négatif sur la tension de tenue et l'unité logique de la puce.
Au moins un condensateur de découplage est placé à côté de la broche VIN afin de filtrer le bruit CA provenant de l'entrée d'alimentation et du bruit interne de la puce (refoulement), et de stocker l'énergie nécessaire à la puce. Le condensateur doit être proche de la broche et l'espacement entre les deux doit être inférieur à 40 mil.
② La boucle d'alimentation doit être aussi courte et épaisse que possible, en réduisant sa surface afin de réduire les émissions de bruit.
③ Le point SW est une source de bruit. Tout en garantissant le courant, réduisez sa surface au maximum et évitez les zones sensibles.
④ La surface en cuivre et le nombre de vias influencent la capacité de transport de courant et la dissipation thermique du circuit imprimé. La capacité de transport de courant du circuit imprimé étant liée au matériau du circuit imprimé, à son épaisseur, à la largeur et à l'épaisseur des fils, ainsi qu'à l'échauffement, elle est relativement complexe. Elle peut être déterminée et calculée avec précision grâce à la norme IPC-2152.
En règle générale, davantage de vias sont nécessaires au niveau du VIN (au moins 6 vias) et du PGND (au moins 9 vias), et le cuivre à ces deux emplacements doit être maximisé pour réduire l'impédance parasite. Le cuivre au niveau du SW doit également être élargi pour éviter toute limitation de courant et tout dysfonctionnement.
Pour des conceptions similaires, veuillez consulter le tableau suivant :
| Recommandations de conception | Poids (%) | Score | Auto-évaluation | Remarques |
|---|---|---|---|---|
| Emplacement des composants : Respectez un espacement de 40 mils. Placez-les sur la même couche que la puce. Les condensateurs d’entrée doivent être placés à proximité de la puce. Les condensateurs de découplage doivent être placés à 6 mils (espacement minimal autorisé entre les composants) à côté des broches VIN et PGND d’alimentation, de préférence à un espacement ne dépassant pas 20 mils. | 15 | Pour les modules de puissance, cet élément peut être ignoré. | ||
| Emplacement de l’inductance pour le module de puissance : Placez-la à proximité de la broche SW. Placez-la sur la même couche que la puce. | 15 | Pour les modules de puissance, cet élément peut être ignoré. | ||
| Emplacement du condensateur de sortie : Les deux extrémités doivent être placées à proximité de la borne Vout de l’inductance et du PGND d’alimentation. Placez-la sur la même couche que la puce. | 15 | |||
| Emplacement de la diode de roue libre : Doit être placée à proximité du SW de l’inductance et du PGND d’alimentation. Placez-la sur la même couche que la puce. | 5 | Pour les puces utilisant une alimentation synchrone, cet élément peut être ignoré. | ||
| Emplacement du condensateur VCC : Il doit être placé près de la broche VCC de la puce. Il doit être placé sur la même couche que la puce. | 3 | |||
| Emplacement de la résistance FB : Il doit être placé près de la broche FB, avec des pistes aussi courtes que possible. Il doit être placé sur la même couche que la puce. ConserverÀ l'écart des sources de bruit. | 3 | |||
| Emplacement du contacteur de proximité BST : À placer à proximité des broches SW et BST. Placer sur la même couche que la puce. | 3 | |||
| Emplacement du contacteur de proximité COMP : À placer à proximité de la broche correspondante. | 3 | En l'absence de broche correspondante, ignorer cet élément. | ||
| Coulée de cuivre pour réseau haute puissance - Coulée de cuivre VIN | 3 | |||
| Coulée de cuivre pour réseau haute puissance - Coulée de cuivre SW : Plus la longueur est courte, mieux c'est, à condition que la capacité de transport de courant soit suffisante. | 4 | |||
| Coulée de cuivre pour réseau haute puissance - Coulée de cuivre Vout | 3 | |||
| Coulée de cuivre pour réseau haute puissance - Coulée de cuivre GND | 4 | Il est plus pratique de réaliser la coulée de cuivre complète à la fin. | ||
| Trous VIA - Nombre de vias réseau GND : (lin + lout)/200 mA | 4 | |||
| Trous VIA - Nombre de vias du réseau VIN : lin/200 mA | 3 | |||
| Trous VIA - Nombre de vias du réseau Vout : lin/200 mA | 3 | |||
| Trous VIA - Ne pas placer de vias sur les broches de la puce ou les pastilles de composants. | 1 | |||
| Autres signaux de faible puissance - Résistance EN : Placer au plus près de la puce ; peut être placée sur différentes couches. | 1 | |||
| Autres signaux de faible puissance - Résistance SS RC : Placer au plus près des broches de la puce. | 1 | |||
| Autres signaux de faible puissance - PG | 1 | |||
| Autres signaux de faible puissance - Autres (CS, mode, etc.) | 1 | Se référer à la fiche technique correspondante. | ||
| Traces - Les traces et les coulées de cuivre doivent avoir des angles à 45° ou arrondis. | 2 | |||
| Traces - Aucune trace sous l'inductance. 1 | ||||
| Traces - Échantillonnage des signaux : routage en parallèle. | 1 | Si cette fonction n'existe pas, cet élément peut être ignoré. |
