Technische regels en toepassingen van PCB-lay-out voor schakelvoedingen
Tegenwoordig is de juiste PCB-lay-outtechnologie voor voedingen erg belangrijk geworden vanwege de elektromagnetische golven die worden gegenereerd door schakelende voedingen en die de normale werking van hun elektronische producten beïnvloeden.
In veel gevallen werkt een perfect ontworpen voeding op papier mogelijk niet goed tijdens de eerste foutopsporing vanwege veel problemen met de PCB-indeling van de voeding. In het schematische diagram van een step-down schakelende voeding op een consumentenelektronica-apparaat zou de ontwerper bijvoorbeeld onderscheid moeten kunnen maken tussen componenten in het stroomcircuit en die in het stuursignaalcircuit op dit schakelschema. Als de ontwerper echter alle componenten in deze voeding behandelt alsof het componenten in het digitale circuit zijn, kan het probleem behoorlijk ernstig zijn. De lay-out van de printplaat voor de schakelvoeding is compleet anders dan die van de digitale printplaat. In de lay-out van digitale circuits kunnen veel digitale chips automatisch worden gerangschikt via PCB-software, en de verbindingslijnen tussen chips kunnen automatisch worden aangesloten via PCB-software. De door het automatische zetwerk geproduceerde schakelvoeding zal beslist niet goed werken. Daarom moeten ontwerpers de juiste technische regels voor de PCB-lay-out voor schakelende voedingen beheersen en begrijpen.
Technische regels voor de PCB-indeling van schakelende voeding
De capaciteit van de keramische bypass-condensator mag niet te groot zijn en de parasitaire serie-inductie moet zoveel mogelijk worden geminimaliseerd. Parallelle aansluiting van meerdere condensatoren kan de hoogfrequente impedantie-eigenschappen van condensatoren verbeteren
Wanneer de werkfrequentie van een condensator lager is dan fo, neemt de capaciteitsimpedantie Zc af met de toename van de frequentie; Wanneer de werkfrequentie van de condensator boven fo ligt, zal de capaciteitsimpedantie Zc gelijk worden aan de inductie-impedantie en toenemen met de toename van de frequentie; Wanneer de werkfrequentie van een condensator fo nadert, is de impedantie van de condensator gelijk aan zijn equivalente serieweerstand (RESR).
Elektrolytische condensatoren hebben over het algemeen een grote capaciteit en een grote equivalente serie-inductie. Vanwege de lage resonantiefrequentie kan het alleen worden gebruikt voor laagfrequente filtering. Tantaalcondensatoren hebben over het algemeen een grotere capaciteit en een kleinere equivalente serie-inductie, dus hun resonantiefrequentie is hoger dan die van elektrolytische condensatoren en kan worden gebruikt bij midden- tot hoogfrequente filtering. De capaciteit en equivalente serie-inductie van keramische condensatoren zijn over het algemeen erg klein, dus hun resonantiefrequentie is veel hoger dan die van elektrolytische condensatoren en tantaalcondensatoren, zodat ze kunnen worden gebruikt in hoogfrequente filter- en bypass-circuits. Vanwege het feit dat de resonantiefrequentie van keramische condensatoren met kleine capaciteit hoger is dan die van keramische condensatoren met grote capaciteit
Bij het selecteren van bypass-condensatoren is het niet raadzaam om eenvoudigweg keramische condensatoren met hoge capaciteitswaarden te gebruiken. Om de hoogfrequente eigenschappen van condensatoren te verbeteren, kunnen meerdere condensatoren met verschillende eigenschappen parallel worden aangesloten voor gebruik. Figuur 1 (a) toont het verbeterde impedantie-effect nadat meerdere condensatoren met verschillende kenmerken parallel zijn geschakeld. Het is niet moeilijk om door middel van analyse het belang van deze lay-outregel te begrijpen. Figuur 1 (b) toont de verschillende bedradingsmethoden, van ingangsvermogen (VIN) tot belasting (RL) op een PCB. Om de ESL van de filtercondensator (C) te verminderen, moet de aansluitlengte van de condensatorpin zoveel mogelijk worden geminimaliseerd, terwijl de route van VIN positief naar RL en van VIN negatief naar RL zo dicht mogelijk moet zijn.
