Критика дизайну друкованої плати SMPS

Старіші версії цієї публікації можна переглянути за цим посиланням .

Це мій перероблений макет. Який із вас погляд?

Дизайн регулятора Buck від 10 до 32 В до 5 В 1.2A SMPS. ІС є IFX91041 від infineon .

Ось схеми та макети: http://www.mediafire.com/?69e66eje7vda1

(Мені було надано 45 см² (~ 6,98 дюймів²) для 5В 1,2А та 35В 4А.)

Я погоджуюся з іншими відповідями тут, але просто думав, що це може допомогти:

Я намалював 2 шлейфи частоти високого струму / високої частоти, що викликають найбільше занепокоєння в цій конструкції.

Зелений колір показує цикл вхідного струму, коли кришки роз'єднання C7 / C18 отримують більшу частину потрібного струму високої частоти. Ця петля дуже велика через погану конструкцію ґрунту.

Жовтий показує цикл вихідного струму, він також дуже великий.

Мабуть, найбільше хвилює те, що струми, що повертаються як від входу, так і від виходу до регулятора, розділяють єдиний заземлений шлях повернення через вузький слід, що залишає С17.

Ваша кінцева мета тут - мінімізувати площу петлі обох цих циклів. При цьому пам’ятайте, що струми високої частоти, ті, які викликають занепокоєння ЕМІ, будуть слідувати шляху найменшої індуктивності до землі, а не шляху найменшого опору.

Наприклад, я намалював ці шляхи трохи ширше для ясності, але насправді високочастотні компоненти основного контуру поверху для вихідного струму (жовтого кольору) намагатимуться прямувати безпосередньо під вхідним струмом, якщо це можливо. Її більше шансів зігнути під L2 на зворотному шляху.

EDIT: оновлення для повної площини.

Ось оновлений малюнок поточних циклів для вашого нового макета:

Це набагато краще, повернення на землю розділені для ясності, але вміст високої частоти буде рухатися уздовж площини заземлення якомога ближче безпосередньо під слідами потужності. Я додав шлях зворотного зв’язку в рожевому та світлому кольорі позначає поточну подорож по площині основи.

Кілька приміток:

• Шляхи ще набагато довші, ніж повинні бути. Особливо довгий цикл зворотного зв'язку і буде рухатися під вхідним струмом. Цей вхід має високий опір, тому будь-яка індуктивна муфта на цьому сліді матиме відносно великий вплив на точність регулювання. Ви перетинаєтесь майже на 90 градусів, що зменшує з’єднання, але струми заземлення цього не роблять і є проблемою з інших причин (див. Нижче).

• Слід вхідної потужності перетинає розкол в площині заземлення, де проходить слід для циклу зворотного зв'язку. Ніколи, ніколи, не перетинайте розрив на землі або силовій площині на сусідньому шарі зі слідом, який має будь-який шанс перенести високі частоти (що означає будь-який слід взагалі насправді). Це створює випромінюючу петлю, як вказує світло-зелений шлях повернення. Кінцевий результат - велика проблема ЕМІ.

• Я не знаю, чи це результат експорту в PDF чи що, але, здається, у вас є багато віз, які матимуть проблеми з оформленням. Вони занадто близько один до одного і занадто близько до компонентних колодок. Навіть при масці припою над вітринами зазор маски припою на прокладках виглядає так, що це дозволить викрити деякі віаси, що спричинить проблеми з пайкою, якщо ви використовуєте заправку. Наприклад, віаси поблизу D1 майже напевно будуть піддані впливу, і коли плата буде поповнена через, висмоктує весь припой подалі від майданчика, залишаючи D1 або незапаяним, або дуже погано спаяним.

• Деякі віаси також не з’являються на обох шарах, наприклад, під U1.

Що я б робив:

Налаштуйте правила дизайну програмного забезпечення для проектування друкованої плати, перевіряючи, які зазори вимагає виробник PCB. Це сповістить вас про проблеми, пов’язані з проблемами з очищенням маски через-via, via-pad та via-spader.

Розірвіть дизайн і почніть свіжий з розміщенням компонентів, знаючи, що тепер у вас міцна площина заземлення. Концентруйтеся на мінімізації довжини критичних шляхів і використовуйте стільки міді, скільки ви можете для цих шляхів (забороніть петлю зворотного зв'язку, її низький струм). Якщо простір / компонування дозволяє, насипання землі на поверхню не є поганою ідеєю, просто переконайтеся, що ви можете це зробити правильно. (відсутня сирота мідь, добре з'єднана з земною площиною)

Редагувати 2:

Не впевнений, чи це у вас вже є, але ось довідковий дизайн / додаток примітки від Infineon для двошарової дошки з використанням твердої площини заземлення на дні. Вони використовують досить довгий слід FB, але добре захищають його від небезпечних циклів.

У цій (і в більшості інших конструкцій SMPS) є дві петлі високого струму комутації, про які потрібно подбати про достатню ефективність та низький рівень шуму EMI.

1. Pin8 - C9 - GND

   Цей цикл повинен буде покривати вашу вхідну потужність.

   Щоб петля була меншою, підключіть конденсатори заземлення до заземлення регулятора, просто поверніть C9 на 90 ° CCW.

   Чого мені не вистачає у вашій конструкції - це невеликий, але швидкий конденсатор, як керамічний конденсатор розміром 100-220nF. Підключіть його дуже близько до ІС регулятора.

2. Контакт 6 - L2 - C13

   Це буде ваш вихідний цикл.

   Перемістіть C13 і C17 на дно, підключіть їх підстави до основи ІС (використовуйте для цього хороший заповнення великого полігону.

   Знову додайте невеликий керамічний конденсатор.

   Поворот L2 на 180 ° зробить приємне велике з'єднання (знову ж, заповнення полігону було б найкращим) до C13, C17 та ІС.

   Поверніть D2 на 90 ° і поставте його між L2 та ІС., З'єднайте його з багатокутником і основою.

В загальному:

1. Використовуйте широкі сліди або полігонні заливки для всіх слідів з високими комутаційними струмами.
2. Якщо можливо, використовуйте наземний літак, це зменшить рівень шуму, а також допоможе відводити тепло від вашого ІК.

Я б використовував регульовану версію вихідної напруги деталі, а не частину 5 В. Але навіть якщо використовується версія 5В, слід включити дільник напруги зворотного зв’язку (просто використовуйте резистор нульового ома для високої сторони, а не встановлюйте резистор низької сторони). Це дасть вам більше гнучкості в довгостроковій перспективі, на всякий випадок, якщо вам потрібна інша напруга.

Взагалі ваші сліди недостатньо широкі. Найбільш критичним буде слід від C9 до U1.7-8, все, що пов'язано з U1.6, L2 до C17 / C13 та GND між U1 та скрізь. Це ті мережі, у яких буде багато струмів комутації, і ви хочете переконатися, що вони короткі та широкі.

U1 може розсіювати деяку кількість тепла, і з'єднання, яке ви маєте до колодки GND в нижній частині деталі, буде недостатньою. Ви повинні збільшити розмір площини GND у верхній частині друкованої плати. Зробіть це, перемістивши R1 і C1, щоб площина GND могла розширитися з-під чіпа.

Це важко сказати, але я не думаю, що у вас GND підключений між верхньою і нижньою половиною ланцюга. Ви дійсно повинні просто мати одну тверду площину заземлення під цілою друкованою платою і не намагатися робити щось фантазійне, щоб ізолювати різні секції. (Виняток: ви все ще хочете, щоб літак GND охолодив U1, просто використовуйте віаси, щоб прив'язати цю площину до загальної площини GND.)

Висновок: товщі сліди, краще охолодження, багато ВНП.

Редагувати: Ось мої коментарі до Rev B ...

Внизу повинна бути одна ціла площина GND. Не розділяється на дві половини. Це критично важливо і не слід їх ігнорувати.

Коли це можливо, не залишайте слідів GND на верхньому шарі - саме для цього призначена площина GND. Особливо це стосується GND між J1, D1 та C17.

Крім того, сліди GND до C8 роблять цю кришку абсолютно марною. Індуктивність слідів буде величезною. Замість цього використовуйте пару віасів до площини GND безпосередньо біля ковпачка. C8, ймовірно, повинен бути розташований поруч із C9.

Сліди, що з'єднують верхню і нижню половину контуру, занадто тонкі. Подвійне або потрійне їх. Або ще краще, використовуйте мідну площину / форму / заливку / що завгодно.

Єдиний слід на нижній стороні (від C17 до U1) слід перефарбувати так, щоб він був переважно на верхній частині друкованої плати. Це допоможе зберегти площину GND на дні більш недоторканою і менше шансів зробити погані справи.

Зі своїх фотографій це важко сказати, але вам може знадобитися більше віасів від колодки / площини GND на U1 до площини GND на нижньому шарі. Добре отримувати більше тепла до нижнього шару.

Площина GND на верхньому шарі, який з'єднаний з D2 і йде під L2, потребує більшої кількості віясів до площини GND в нижній частині друкованої плати. Покладіть принаймні 2 віаси під L2, а може бути і третю у нижньому правому куті.