Krytyka projektowania SMPS PCB


9

Najstarsze wersje tego postu można wyświetlić za pomocą tego linku .

To jest mój przeprojektowany układ. Jakie jest twoje zdanie?

10–32 V do 5 V 1,2 A Projekt regulatora buck SMPS. IC to IFX91041 od infineon .

Oto schematy i układy: http://www.mediafire.com/?69e66eje7vda1

(Dano mi powierzchnię 45 cm² (~ 6,98 cala²) zarówno dla 5 V 1,2 A, jak i 35 V 4 A.)

Schematyczny PCB - górna warstwa PCB - dolna warstwa


1
Proszę przenieść te obrazy z Mediafire na nasz serwer. Pytanie zostanie utracone, jeśli zostanie usunięte!
Kevin Vermeer,

Obrazy są już na twoim serwerze, jednak w Mediafire znajdują się pliki .DSN i .LYT, które są odpowiednio plikami schematów i układów PCB Proteus. Jest też jeden plik .PDF.
abdullah kahraman

górna miedź dla śladów w górnym obszarze nie jest pokazana, możesz odwołać się do pliku .PDF, który ma osobne strony dla osobnych warstw.
abdullah kahraman,

@abdullah, jeśli nadal edytujesz, nie wynagradzasz tych, którzy już odpowiedzieli na twoje pytania i wprowadzili ulepszenia. Pozwól, aby zaakceptowano wiele pytań podczas rozwiązywania każdego kroku.
Kortuk,

Odpowiedzi:


7

Zgadzam się z innymi odpowiedziami tutaj, ale pomyślałem, że to może pomóc:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Narysowałem 2 pętle wysokich prądów / wysokich częstotliwości, które budzą największe obawy w tym projekcie.

Kolor zielony pokazuje pętlę prądu wejściowego z nakładkami odsprzęgającymi C7 / C18, które pozyskują większość wymaganego prądu wysokiej częstotliwości. Ta pętla jest bardzo duża z powodu złej konstrukcji gruntu.

Żółty pokazuje pętlę prądu wyjściowego, jest również bardzo duży.

Być może najbardziej niepokojące jest to, że prądy powrotne zarówno z wejścia, jak i wyjścia do regulatora dzielą jedną ścieżkę powrotu uziemienia przez wąski ślad wychodzący z C17.

Twoim ostatecznym celem jest zminimalizowanie obszaru pętli obu tych pętli. Robiąc to, pamiętaj, że prądy o wysokiej częstotliwości, te, które dotyczą zakłóceń elektromagnetycznych, będą podążać ścieżką najmniejszej indukcyjności do ziemi, a nie ścieżką najmniejszej rezystancji.

Na przykład, narysowałem te ścieżki nieco szerzej dla jasności, ale w rzeczywistości komponenty wysokiej częstotliwości ścieżki powrotnej uziemienia dla prądu wyjściowego (żółty) będą próbowały podróżować bezpośrednio pod ścieżką prądu wejściowego, jeśli to możliwe. W drodze powrotnej jest bardziej prawdopodobne, że ugnie się pod L2.

EDYCJA: Aktualizacja dla pełnej płaszczyzny podłoża.

Oto zaktualizowany rysunek bieżących pętli dla nowego układu:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Jest to o wiele lepsze, zwroty uziemienia są oddzielone dla przejrzystości, ale wysoka częstotliwość będzie podróżować wzdłuż płaszczyzny uziemienia tak blisko bezpośrednio pod śladami mocy, jak to możliwe. Dodałem ścieżkę sprzężenia zwrotnego w kolorze różowym, a jaśniejszy kolor oznacza prąd przemieszczający się po płaszczyźnie uziemienia.

Kilka uwag:

  • Ścieżki są wciąż znacznie dłuższe, niż powinny. Zwłaszcza pętla sprzężenia zwrotnego jest dość długa i porusza się pod prądem wejściowym. Wejście to ma wysoką impedancję, więc każde sprzężenie indukcyjne tego śladu będzie miało stosunkowo duży wpływ na dokładność regulacji. Krzyżujesz pod kątem prawie 90 stopni, co zmniejsza sprzężenie, ale prądy uziemienia nie i stanowią problem z innych powodów (patrz poniżej).

  • Ślad mocy wejściowej przecina podział w płaszczyźnie uziemienia, w którym przebiega ślad dla pętli sprzężenia zwrotnego. Nigdy, przenigdy, nie przekraczaj podziału na płaszczyźnie gruntu lub mocy na sąsiedniej warstwie ze śladem, który ma szansę przenosić wysokie częstotliwości (co w rzeczywistości oznacza jakikolwiek ślad). To tworzy promieniującą pętlę, jak wskazuje jasnozielona ścieżka powrotna. Efektem końcowym jest duży problem EMI.

  • Nie wiem, czy jest to wynik eksportu do pdf, czy co, ale wydaje się, że masz wiele przelotek, które będą miały problemy z odprawą. Są zbyt blisko siebie i zbyt blisko padów elementów. Nawet z maską lutowniczą nad przelotkami, luz maski lutowniczej na padzie wygląda tak, jakby odsłonił niektóre przelotki powodując problemy z lutowaniem, jeśli użyjesz reflow. Na przykład przelotki w pobliżu D1 prawie na pewno zostaną odsłonięte, a gdy płytka zostanie ponownie zalana, przelot będzie wysysał cały lut z dala od płytki, pozostawiając D1 albo niespolutowany, albo bardzo słabo lutowany.

  • Niektóre przelotki również nie pojawiają się na obu warstwach, na przykład w U1.

Co bym zrobił:

Skonfiguruj sprawdzanie reguł projektowania oprogramowania do projektowania obwodów drukowanych z dowolnymi odstępami wymaganymi przez producenta obwodów drukowanych. Będzie to ostrzegać o problemach z usuwaniem maski przez lut, via-pad i lut przez maskę.

Rozerwij projekt i zacznij od nowa od umieszczenia komponentu, wiedząc, że masz teraz solidną płaszczyznę uziemienia. Skoncentruj się na zminimalizowaniu długości ścieżek krytycznych i wykorzystaj jak najwięcej miedzi dla tych ścieżek (zablokuj pętlę sprzężenia zwrotnego, jej niski prąd). Jeśli pozwala na to przestrzeń / układ, wylewanie ziemi na powierzchnię nie jest złym pomysłem, po prostu upewnij się, że możesz to zrobić poprawnie. (bez osieroconej miedzi, dobrze sprzężonej z płaszczyzną uziemienia)

Edycja 2:

Nie jestem pewien, czy już to masz, ale oto uwagi dotyczące projektu / aplikacji z infineon dla 2-warstwowej płyty wykorzystującej solidną płaszczyznę uziemienia na dole. Używają dość długiego śladu FB, ale trzymają go z dala od niebezpiecznych pętli.


dlaczego narysowałeś kolor zielony, zaczynając od całego wkładu? czy C9 i C2 nie dostarczają danych wejściowych? jak mogę rozwiązać problem słabego uziemienia po wypełnieniu dolnej części płyty nierozdzieloną płaszczyzną uziemienia?
abdullah kahraman

Prąd wraca do czapek, jednak jedyną ścieżką uziemienia do tych czapek w oryginalnym projekcie był ślad z C17, a następnie przez kołki uziemienia na wejściu, aby dostać się do płaszczyzny uziemienia po drugiej stronie, a następnie do czapka uziemia się przez przelotki obok tych czapek. Zasadniczo jedyną ścieżką, którą prądy te mogły pokonać do ziemi wylewanej na dno, było wejście.
Mark

@abdullah Zaktualizowałem moją odpowiedź na twój nowy projekt z pełnym samolotem naziemnym.
Mark

wielkie dzięki @Mark, przeprojektuję go z myślą o rzeczach, które wyjaśniliście.
abdullah kahraman

Przeprojektowałem mój układ, czy możesz to sprawdzić ponownie?
abdullah kahraman

6

W tej (i większości innych konstrukcji SMPS) występują dwie pętle przełączające o wysokim natężeniu prądu, o które należy dbać, aby uzyskać wystarczającą wydajność i niski poziom szumów elektromagnetycznych.

  1. Pin8 - C9 - GND

    Ta pętla będzie musiała pokryć moc wejściową.

    Aby zmniejszyć samą pętlę, podłącz uziemienie kondensatorów do flagi uziemienia regulatora, po prostu obróć C9 o 90 ° CCW.

    W twoim projekcie brakuje mi małego, ale szybkiego kondensatora, takiego jak kondensator ceramiczny 100-220nF. Podłącz go bardzo blisko do regulatora IC.

  2. Pin 6 - L2 - C13

    To będzie twoja pętla wyjściowa.

    Przenieś C13 i C17 na dół, połącz ich masy z płytą naziemną układu scalonego (w tym celu użyj ładnego dużego wielokąta).

    Ponownie dodaj mały ceramiczny kondensator.

    Obróć L2 o 180 °, aby utworzyć ładne, duże połączenie (ponownie najlepiej byłoby wypełnić wielokąt) do C13, C17 i układu scalonego.

    Obróć D2 o 90 ° i umieść go między L2 a IC., Podłącz go do wielokąta i naziemnej płyty.

Ogólnie:

  1. Użyj SZEROKICH śladów lub wypełnień wielokątów dla wszystkich śladów o wysokich prądach przełączających.
  2. Jeśli to możliwe, użyj płaszczyzny uziemienia, zmniejszy to hałas, a także pomoże odprowadzić ciepło z dala od układu scalonego.

Dzięki za info @ Masta79, taki projekt wykonałem, zanim przeczytałem AN-1229 z National, który mówi: „Ogólnie rzecz biorąc, płaszczyzna uziemienia powinna być utrzymywana w sposób ciągły / nieprzerwany tak daleko, jak to możliwe, lub może zachowywać się jak szczelina dlatego w przypadku węzła przełączającego najlepszą opcją jest utrzymanie otaczającej go ilości miedzi do rzeczywistego minimalnego zapotrzebowania. ”. Ponadto nota aplikacyjna zaleca oddzielenie uziemienia prądu przemiennego od uziemienia prądu stałego, gdy uziemienie prądu przemiennego jest głośnym uziemieniem przełączającym lub uziemieniem zasilania. Czy też jestem zbyt zdezorientowany i źle wprowadzam w błąd? :)
abdullah kahraman

Najlepszym sposobem na „oddzielenie” przełączania i uziemienia systemu w twoim przypadku jest rozszerzenie zakładki uziemienia układu scalonego i podłączenie go do uziemienia systemu w JEDNYM punkcie (zwykle przelotki chłodzące pod układem scalonym). Następnie podłącz wszystkie wysokoprądowe ślady uziemienia do tego uziemienia. To w zasadzie to, co już zasugerowałem w mojej odpowiedzi;) Przy okazji, rysunek 1 na stronie 2 pokazuje również bieżące ścieżki.
Nico Erfurth,

Masz na myśli, że na górnej warstwie powinienem podłączyć uziemienie sygnałowe do zakładki uziemienia układu scalonego, którą powinienem rozszerzyć ze względów termicznych. Następnie powinienem połączyć uziemienie przełączające i wysokoprądowe razem, a następnie z uziemieniem systemu w jednym punkcie, który jest zakładką uziemienia układu scalonego? I wreszcie, w dolnej warstwie, powinienem mieć dużą płaszczyznę uziemienia, która pokrywa całą tablicę?
abdullah kahraman

Podłącz uziemienie kondensatorów wejściowych i wyjściowych, a także diody do zacisku uziemienia za pomocą wielokąta. Największym problemem, jaki obecnie widzę w twoim układzie, jest złe umieszczenie komponentu. W momencie, gdy umieścisz je w taki sposób, że Twoje pętle przełączające będą małe, układ w większości się poprawi.
Nico Erfurth,

6

Chciałbym użyć wersji części z regulowanym napięciem wyjściowym zamiast części 5 V. Ale nawet jeśli używana jest wersja 5 V, należy dołączyć dzielnik napięcia sprzężenia zwrotnego (wystarczy użyć rezystora zero omów dla strony wysokiej i nie instalować rezystora strony niskiej). Zapewni to większą elastyczność na dłuższą metę, na wypadek, gdybyś potrzebował innego napięcia.

Ogólnie twoje ślady nie są wystarczająco szerokie. Najbardziej krytyczny będzie ślad z C9 do U1.7-8, wszystko związane z U1.6, L2 do C17 / C13 oraz GND między U1 i wszędzie. Są to sieci, które będą miały wiele prądów przełączających i chcesz się upewnić, że są krótkie i szerokie.

U1 może rozpraszać ciepło, a połączenie z padem GND na dole części nie będzie wystarczające. Powinieneś zwiększyć rozmiar płaszczyzny GND w górnej części płytki drukowanej. Zrób to, przesuwając R1 i C1, aby płaszczyzna GND mogła się rozwinąć spod układu.

Trudno powiedzieć, ale nie sądzę, abyś miał GND podłączony między górną i dolną połową obwodu. Naprawdę powinieneś mieć tylko jedną solidną płaszczyznę uziemienia pod całą płytką drukowaną i nie próbować robić niczego wymyślnego, aby odizolować różne sekcje. (Wyjątek: nadal chcesz, aby płaszczyzna GND ochłodziła U1, po prostu użyj przelotek, aby powiązać tę płaszczyznę z ogólną płaszczyzną GND.)

Wniosek: grubsze ślady, lepsze chłodzenie, dużo GND.

Edycja: Oto moje komentarze do Rev B ...

Dno powinno być jedną kompletną płaszczyzną GND. Nie podzielony na dwie połowy. Jest to krytyczne i nie należy go ignorować.

Jeśli to możliwe, nie należy mieć śladów GND na górnej warstwie - do tego służy płaszczyzna GND. Jest to szczególnie prawdziwe w odniesieniu do GND między J1, D1 i C17.

Ponadto ślad GND do C8 sprawia, że ​​ta czapka jest całkowicie bezużyteczna. Indukcyjność śladowa będzie ogromna. Zamiast tego użyj kilku przelotek do płaszczyzny GND bezpośrednio na czapce. C8 prawdopodobnie powinno znajdować się obok C9.

Ślady łączące górną i dolną połowę obwodu są o wiele za cienkie. Podwój je lub potrój. Lub jeszcze lepiej, użyj miedzianej płaszczyzny / kształtu / wypełnienia / czegokolwiek.

Pojedynczy ślad na dolnej stronie (od C17 do U1) powinien zostać przekierowany, aby znajdował się głównie na górze płytki drukowanej. Pomoże to utrzymać płaszczyznę GND na dole bardziej nienaruszoną i mniej skłonną do czynienia złych rzeczy.

Trudno powiedzieć na podstawie zdjęć, ale możesz potrzebować więcej przelotek z pada / płaszczyzny GND na U1 do płaszczyzny GND na dolnej warstwie. Zwiększenie ciepła do dolnej warstwy jest dobre.

Płaszczyzna GND na górnej warstwie, która jest podłączona do D2 i przechodzi pod L2, potrzebuje więcej przelotek do płaszczyzny GND na dole płytki drukowanej. Umieść co najmniej 2 przelotki pod L2, a może trzeci w prawym dolnym rogu.


Nie rozumiem, dlaczego powinienem mieć płaszczyznę uziemienia pod całą płytką drukowaną, czy nie powinienem izolować uziemienia i sygnału? Przez to nie mam na myśli różnych sekcji, myślicie, że masz rację. Moje ślady przełączania nie są duże zgodnie z AN-1229 , jak wspomniałem w komentarzu do innej odpowiedzi. Czy uważasz, że źle rozumiem notę ​​aplikacyjną i przesadzam? Właściwie GND jest połączone z C17. (-) do D1.A, jednak Proteus jakoś nie wygenerował tego w mapie bitowej.
abdullah kahraman

Przepraszam, przez „Moje ślady przełączania nie są duże według AN-1229”, mam na myśli, że nie są duże, ponieważ AN-1229 tak powiedział :)
abdullah kahraman

@abdulla kahraman Tylko w kilku bardzo szczególnych przypadkach wskazane jest posiadanie nieco izolowanych wysp lądowych i to nie jest jedna z nich. Zbyt łatwo jest mieć odmiany potencjału GND tam, gdzie go nie chcesz. Może to spowodować niestabilizację obwodu lub po prostu zwiększyć EMI. Lepiej będzie ci użyć jednego, ogromnego samolotu Gnd. Spraw, aby wszystkie sieci wysokoprądowe były naprawdę szerokie, a wszystkie przewody powinny być jak najkrótsze (zwłaszcza węzły przełączające). AN-1229 jest dość dobry, ale nie promuje użycia izolowanych wysp lądowych.

Absolutnie użyj solidnej płaszczyzny uziemienia, jedynym połączeniem z ziemią dla obwodu regulatora jest ślad z C17. Ta konstrukcja w pozycji siedzącej byłaby bardzo dobrym grzejnikiem EMI, a napięcie wyjściowe byłoby bardzo głośne. Krótko mówiąc, działałby on strasznie i prawdopodobnie nie przejdzie FCC część 15, jeśli twoje obecne losowanie jest znaczące.
Mark

@abdulla kahraman Zaktualizowałem moją odpowiedź, aby objąć twój zmieniony układ PCB.
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.