นักวิจารณ์การออกแบบ SMPS PCB

เวอร์ชันเก่าที่สุดของโพสต์นี้สามารถดูได้ผ่านลิงค์นี้

นี่คือเค้าโครงที่ออกแบบใหม่ของฉัน มุมมองของคุณคืออะไรอีกครั้ง?

การออกแบบเจ้าชู้ควบคุม 10-32V ถึง 5V 1.2A SMPS IC คือIFX91041จากinfineon

นี่คือแผนงานและเค้าโครง: http://www.mediafire.com/?69e66eje7vda1

(ฉันได้รับพื้นที่ 45 ซม. (~ 6.98 นิ้ว²) สำหรับทั้ง 5v 1.2A และ 35V 4A)

ฉันเห็นด้วยกับคำตอบอื่น ๆ ที่นี่ แต่คิดว่าอาจช่วยได้:

ฉันได้วาดห่วงความถี่สวิทช์กระแสสูง / สูง 2 อันที่เป็นที่กังวลมากที่สุดในการออกแบบนี้

สีเขียวแสดงลูปปัจจุบันของอินพุตด้วยตัวแยกการแยก C7 / C18 ซึ่งจัดหากระแสความถี่สูงส่วนใหญ่ที่ต้องการ วงนี้มีขนาดใหญ่มากเนื่องจากการออกแบบพื้นไม่ดี

สีเหลืองแสดงให้เห็นถึงวงออกปัจจุบันก็มีขนาดใหญ่มาก

บางทีสิ่งที่เกี่ยวข้องกับสิ่งนี้มากที่สุดคือกระแสย้อนกลับจากทั้งอินพุตและเอาต์พุตไปยังตัวควบคุมจะแบ่งเส้นทางกลับทางกราวด์เดียวผ่านทางร่องรอยแคบ ๆ ที่ออกจาก C17

เป้าหมายสูงสุดของคุณที่นี่คือการลดพื้นที่วนรอบของลูปทั้งสองนี้ให้น้อยที่สุด เมื่อทำเช่นนั้นให้จำไว้ว่ากระแสความถี่สูงซึ่งเป็นปัญหาของ EMI นั้นจะเดินไปตามเส้นทางที่มีการเหนี่ยวนำน้อยที่สุดสู่พื้นดินไม่ใช่เส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุด

ตัวอย่างเช่นฉันได้วาดเส้นทางเหล่านี้ให้กว้างขึ้นเล็กน้อยเพื่อความชัดเจน แต่ในความเป็นจริงส่วนประกอบความถี่สูงของเส้นทางการส่งคืนภาคพื้นดินสำหรับกระแสเอาต์พุต (สีเหลือง) จะพยายามเดินทางโดยตรงภายใต้เส้นทางอินพุตปัจจุบันหากทำได้ มีแนวโน้มที่จะโค้งงอภายใต้ L2 มากขึ้น

แก้ไข: อัปเดตสำหรับระนาบกราวด์เต็มรูปแบบ

นี่คือภาพวาดที่อัปเดตของลูปปัจจุบันสำหรับเค้าโครงใหม่ของคุณ:

นี่จะดีกว่ามากการส่งคืนภาคพื้นดินจะถูกแยกออกเพื่อความชัดเจน แต่เนื้อหาที่มีความถี่สูงจะเดินทางไปตามระนาบกราวน์ใกล้กับภายใต้กำลังไฟฟ้าโดยตรงเท่าที่จะทำได้ ฉันเพิ่มเส้นทางคำติชมเป็นสีชมพูและสีที่เบากว่าหมายถึงการเดินทางบนระนาบกราวด์

หมายเหตุเล็กน้อย:

• เส้นทางยังคงยาวกว่าที่พวกเขาต้องการ ห่วงข้อเสนอแนะโดยเฉพาะค่อนข้างยาวและจะเดินทางภายใต้กระแสอินพุต อินพุตนี้เป็นอิมพีแดนซ์สูงดังนั้นการมีเพศสัมพันธ์แบบเหนี่ยวนำในการติดตามนี้จะมีผลกระทบค่อนข้างมากต่อความแม่นยำในการควบคุมของคุณ คุณข้ามที่เกือบ 90 องศาซึ่งจะช่วยลดการแต่งงาน แต่กระแสพื้นดินไม่ได้และเป็นปัญหาสำหรับเหตุผลอื่น ๆ (ดูด้านล่าง)

• การติดตามพลังงานอินพุตข้ามแยกในระนาบกราวด์ซึ่งการติดตามสำหรับลูปข้อเสนอแนะทำงาน ไม่เคยข้ามแยกบนพื้นดินหรือระนาบพลังงานในชั้นที่อยู่ติดกันด้วยร่องรอยที่มีโอกาสในการแบกความถี่สูง (ซึ่งหมายถึงร่องรอยใด ๆ เลย) สิ่งนี้จะสร้างลูปการแผ่รังสีตามที่ระบุโดยเส้นทางย้อนกลับสีเขียวอ่อน ผลลัพธ์ที่ได้คือปัญหา EMI ที่มีขนาดใหญ่

• ฉันไม่รู้ว่ามันเป็นผลมาจากการส่งออกเป็น pdf หรือเปล่า แต่ดูเหมือนว่าคุณจะมีจุดอ่อนมากมายที่จะมีปัญหาการกวาดล้าง พวกเขาอยู่ใกล้กันเกินไปและใกล้กับแผ่นส่วนประกอบ ถึงแม้จะมีหน้ากากประสานเหนือจุดอ่อนหน้ากากประสานบัดกรีบนแผ่นดูเหมือนว่ามันจะเปิดเผยบางส่วนของจุดแวะก่อให้เกิดปัญหาการบัดกรีหากคุณใช้ reflow ยกตัวอย่างเช่นจุดอ่อนที่ใกล้กับ D1 นั้นจะเกือบจะถูกเปิดเผยและเมื่อบอร์ดได้รับการปรับปรุงใหม่ผ่านทางจะดูดบัดกรีทั้งหมดออกจากแผ่นปล่อยให้ D1 ทั้งที่ไม่ได้ขายหรือบัดกรีไม่ดีมาก

• จุดอ่อนบางจุดไม่ปรากฏบนเลเยอร์ทั้งสองเช่นเลเยอร์ที่อยู่ภายใต้ U1

ฉันจะทำอะไร:

ตั้งค่าการตรวจสอบกฎการออกแบบซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB ของคุณโดยใช้อุปกรณ์แยกชิ้นสำหรับ PCB การดำเนินการนี้จะแจ้งเตือนคุณถึงปัญหาเกี่ยวกับปัญหาช่องว่างผ่านหน้ากากผ่านและแผ่นประสานบัดกรี

ฉีกการออกแบบและเริ่มต้นใหม่ด้วยการจัดวางองค์ประกอบที่รู้ว่าคุณมีระนาบกราวด์ทึบ มีสมาธิในการลดความยาวของเส้นทางที่สำคัญและใช้ทองแดงให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้สำหรับเส้นทางเหล่านี้ (แถบข้อเสนอแนะห่วงปัจจุบันของมันต่ำ) หากอนุญาตให้มีพื้นที่ / เลย์เอาต์กราวนด์บนพื้นผิวนั้นไม่ใช่ความคิดที่ดีลองตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณสามารถทำได้อย่างถูกต้อง (ไม่มีทองแดงกำพร้าควบคู่ไปกับระนาบพื้นอย่างดี)

แก้ไข 2:

ไม่แน่ใจว่าคุณมีสิ่งนี้หรือไม่ แต่นี่คือบันทึกการออกแบบ / แอพอ้างอิงจาก infineon สำหรับบอร์ด 2 เลเยอร์โดยใช้ระนาบกราวด์แบบทึบที่ด้านล่าง พวกเขาใช้ร่องรอย FB ที่ค่อนข้างยาว แต่ให้ชัดเจนว่ามีลูปอันตราย

มีการสลับลูปสองกระแสสูงในการนี้ (และการออกแบบ SMPS อื่น ๆ ส่วนใหญ่) ซึ่งคุณต้องดูแลเพื่อให้มีประสิทธิภาพเพียงพอและเสียงรบกวน EMI ต่ำ

1. Pin8 - C9 - GND

   วงนี้จะต้องครอบคลุมกำลังไฟฟ้าเข้าของคุณ

   เพื่อให้วงตัวเองเล็กลงเชื่อมต่อตัวเก็บประจุกับกราวด์ของตัวควบคุมคุณเพียงหมุน C9 90 ° CCW

   สิ่งที่ฉันขาดหายไปในการออกแบบของคุณคือตัวเก็บประจุขนาดเล็ก แต่รวดเร็วเช่นตัวเก็บประจุเซรามิก 100-220nF เชื่อมต่ออย่างใกล้ชิดกับ Regulator IC

2. ขา 6 - L2 - C13

   นี่จะเป็นลูปเอาท์พุตของคุณ

   ย้าย C13 และ C17 ไปที่ด้านล่างเชื่อมต่อบริเวณของพวกเขากับพื้นแท็บเล็ตของ IC (ใช้รูปหลายเหลี่ยมขนาดใหญ่เติมลงไป

   เพิ่มตัวเก็บประจุเซรามิกขนาดเล็กอีกครั้ง

   หมุน L2 180 °ทำให้การเชื่อมต่อที่ดีมาก (อีกครั้งการเติมรูปหลายเหลี่ยมจะดีที่สุด) กับ C13, C17 และ IC

   หมุน D2 90 °และวางไว้ระหว่าง L2 และ IC. เชื่อมต่อกับรูปหลายเหลี่ยมและแผ่นพื้น

โดยทั่วไป:

1. ใช้การติดตามแบบ WIDE หรือการเติมหลายเหลี่ยมสำหรับการติดตามทั้งหมดที่มีกระแสสลับสูง
2. ใช้ groundplane ถ้าเป็นไปได้มันจะลดเสียงรบกวนและยังช่วยนำความร้อนออกจาก IC ของคุณ

ฉันจะใช้แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตที่ปรับได้ของชิ้นส่วนแทนที่จะเป็น 5v ส่วน แต่ถึงแม้ว่าจะใช้รุ่น 5v คุณควรรวมตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าป้อนกลับ (ใช้ตัวต้านทาน zero ohm สำหรับด้านสูงและไม่ติดตั้งตัวต้านทานด้านต่ำ) สิ่งนี้จะทำให้คุณมีความยืดหยุ่นมากขึ้นในระยะยาวในกรณีที่คุณต้องการแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน

โดยทั่วไปแล้วร่องรอยของคุณไม่กว้างพอ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการติดตามจาก C9 ถึง U1.7-8 สิ่งที่เชื่อมต่อกับ U1.6, L2 ถึง C17 / C13 และ GND ระหว่าง U1 และทุกที่ นี่คือตาข่ายที่จะมีกระแสสลับจำนวนมากและคุณต้องการให้แน่ใจว่ามันสั้นและกว้าง

U1 อาจกระจายความร้อนบางส่วนและการเชื่อมต่อที่คุณต้องใช้กับแผ่น GND ที่ด้านล่างของส่วนนั้นจะไม่เพียงพอ คุณควรเพิ่มขนาดของระนาบ GND ที่ด้านบนของ PCB ทำได้โดยการย้าย R1 & C1 เพื่อให้ระนาบ GND สามารถขยายออกจากใต้ชิปได้

มันยากที่จะบอก แต่ฉันไม่คิดว่าคุณมี GND เชื่อมต่อระหว่างครึ่งบนและล่างของวงจร คุณควรจะมีระนาบกราวด์หนึ่งอันใต้ PCB ทั้งหมดและอย่าพยายามทำสิ่งใดที่แฟนซีเพื่อแยกส่วนต่างๆ (ข้อยกเว้น: คุณยังคงต้องการให้เครื่องบิน GND เย็นลง U1 เพียงใช้ vias เพื่อผูกเครื่องบินนั้นกับเครื่องบิน GND โดยรวม)

สรุป: ร่องรอยที่หนาขึ้นทำให้เย็นลงดีขึ้น GND จำนวนมาก

แก้ไข: นี่คือความคิดเห็นของฉันสำหรับ Rev B ...

ด้านล่างควรเป็นระนาบ GND สมบูรณ์หนึ่งอัน ไม่แบ่งออกเป็นสองครึ่ง นี่เป็นสิ่งสำคัญและไม่ควรละเลย

เมื่อเป็นไปได้ไม่มีร่องรอย GND ที่เลเยอร์ด้านบน - นั่นคือสิ่งที่เครื่องบิน GND ใช้ นี่เป็นเรื่องจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ GND ระหว่าง J1, D1 และ C17

นอกจากนี้การติดตาม GND ไปที่ C8 ​​ทำให้หมวกนั้นไร้ประโยชน์อย่างสมบูรณ์ การเหนี่ยวนำร่องรอยจะมีขนาดใหญ่มาก แทนที่จะใช้จุดจบสองอันกับระนาบ GND โดยตรงที่ฝาปิด C8 น่าจะอยู่ถัดจาก C9

ร่องรอยที่เชื่อมโยงครึ่งบนและล่างของวงจรนั้นบางเกินไป สองหรือสามพวกเขา หรือดีกว่ายังใช้ระนาบทองแดง / รูปร่าง / เติม / อะไรก็ตาม

ร่องรอยเดียวที่ด้านล่าง (จาก C17 ถึง U1) ควรกำหนดเส้นทางใหม่เพื่อให้ส่วนใหญ่อยู่ด้านบนสุดของ PCB สิ่งนี้จะช่วยให้ระนาบ GND ที่ด้านล่างสมบูรณ์และมีแนวโน้มที่จะทำสิ่งเลวร้ายน้อยลง

เป็นเรื่องยากที่จะบอกจากรูปภาพของคุณ แต่คุณอาจต้องการมุมมองเพิ่มเติมจากแผ่นรอง GND / เครื่องบินบน U1 ไปยังระนาบ GND ที่ชั้นล่าง การรับความร้อนมากขึ้นไปยังชั้นล่างสุดนั้นดี

ระนาบ GND ที่ชั้นบนสุดที่เชื่อมต่อกับ D2 และอยู่ภายใต้ L2 นั้นต้องการจุดจบมากกว่าระนาบ GND ที่ด้านล่างของ PCB วางอย่างน้อย 2 จุดอ่อนภายใต้ L2 และอาจเป็นหนึ่งในสามที่มุมล่างขวา