SMPS PCB Design Critic

Самые старые версии этого поста можно посмотреть по этой ссылке .

Это мой переработанный макет. Какое ваше мнение снова?

10-32 В до 5 В 1.2A Конструкция стабилизатора напряжения SMPS. IC является IFX91041 от Infineon.

Вот схемы и макеты: http://www.mediafire.com/?69e66eje7vda1

(Мне дали площадь 45 см² (~ 6,98 дюйма²) для 5 В 1,2 А и 35 В 4 А.)

Я согласен с другими ответами здесь, но просто подумал, что это может помочь:

Я нарисовал 2 контура с сильным током / высокой частотой переключения, которые вызывают наибольшее беспокойство в этой конструкции.

Зеленым цветом показана петля входного тока с развязывающими крышками C7 / C18, обеспечивающими большую часть необходимого высокочастотного тока. Эта петля очень большая из-за плохой конструкции грунта.

Жёлтый показывает выходной токовый контур, он тоже очень большой.

Возможно, наиболее важным является то, что возвратные токи как от входа, так и от выхода к регулятору разделяют один путь заземления через узкую трассу, выходящую из C17.

Ваша конечная цель здесь состоит в том, чтобы минимизировать площадь петель обоих петель. При этом помните, что токи высокой частоты, которые относятся к EMI, будут следовать по пути наименьшей индуктивности к земле, а не по пути наименьшего сопротивления.

Например, я нарисовал эти пути немного шире для ясности, но в действительности высокочастотные компоненты пути возврата земли для выходного тока (желтый) будут пытаться перемещаться непосредственно под входным током пути, если это возможно. Его более вероятно наклониться под L2 на пути назад.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Обновление для полной плоскости земли.

Вот обновленный чертеж текущих циклов для вашего нового макета:

Это намного лучше, заземление отделяется для ясности, но высокочастотное содержимое будет распространяться вдоль плоскости заземления как можно ближе непосредственно к трассам мощности. Я добавил путь обратной связи в розовом, а более светлый цвет обозначает ток, движущийся по земле.

Несколько заметок:

• Пути еще намного длиннее, чем нужно. Контур обратной связи особенно длинный и будет перемещаться при входном токе. Этот вход имеет высокий импеданс, поэтому любая индуктивная связь на этой трассе будет иметь относительно большое влияние на вашу точность регулирования. Вы действительно пересекаете почти на 90 градусов, что уменьшает связь, но токи заземления этого не делают и являются проблемой по другим причинам (см. Ниже).

• Трасса входной мощности пересекает разрез в плоскости заземления, где проходит трасса для контура обратной связи. Никогда, никогда, не пересекать расщепление на земле или плоскости мощности на соседнем слое со следом, который имеет какой-либо шанс переносить высокие частоты (что на самом деле означает любой след). Это создает излучающую петлю, как показано светло-зеленым обратным путем. Конечным результатом является большая проблема EMI.

• Я не знаю, является ли это результатом экспорта в PDF или что-то, но у вас, кажется, есть много переходов, которые будут иметь проблемы с оформлением. Они расположены слишком близко друг к другу и слишком близко к контактным площадкам. Даже при наличии маски припоя над переходными отверстиями зазор маски припоя на контактных площадках выглядит так, как будто он будет вызывать некоторые переходные отверстия, вызывающие проблемы с пайкой, если вы используете оплавление. Например, переходные отверстия рядом с D1 почти наверняка будут видны, и при повторной опускании платы сквозной канал будет отсасывать весь припой от прокладки, оставляя D1 либо непаянным, либо очень плохо припаянным.

• Некоторые переходы также не отображаются на обоих слоях, например, под U1.

Что бы я сделал:

Настройте правило разработки программного обеспечения для разработки печатной платы, проверяя, какие зазоры требуются изготовителю печатной платы. Это предупредит вас о проблемах с прохождением маски через сквозной контакт, прокладку через накладку и через припой.

Разверните проект и начните заново с размещения компонентов, зная, что теперь у вас есть сплошная плоскость заземления. Сконцентрируйтесь на минимизации длины критических путей и используйте для этих путей как можно больше меди (исключите петлю обратной связи, ее низкий ток). Если пространство / макет позволяют, земляной пол не является плохой идеей, просто убедитесь, что вы можете сделать это правильно. (без осиротевшей меди, хорошо связанный с земной плоскостью)

Изменить 2:

Не уверен, что у вас это уже есть, но вот справочные материалы по дизайну / приложениям от infineon для двухслойной платы, использующей сплошную плоскость заземления внизу. Они используют довольно длинный след FB, но держат его подальше от опасных петель.

В этом (и в большинстве других проектов SMPS) есть два сильноточных контура переключения, о которых нужно позаботиться для обеспечения достаточной эффективности и низкого уровня электромагнитных помех.

1. Pin8 - C9 - GND

   Эта петля должна покрывать вашу входную мощность.

   Чтобы уменьшить саму петлю, подключите заземление конденсаторов к флагу заземления вашего регулятора, просто поверните C9 на 90 ° против часовой стрелки.

   В твоем дизайне мне не хватает небольшого, но быстрого конденсатора, такого как керамический конденсатор емкостью 100-220 нФ. Подключите его очень близко к ИС регулятора.

2. Контакт 6 - L2 - C13

   Это будет ваш выходной цикл.

   Переместите C13 и C17 вниз, подключите их заземление к заземляющей табличке IC (используйте для этого красивую большую заливку полигонов.

   Добавьте маленький керамический конденсатор снова.

   Поверните L2 на 180 °, чтобы получить хорошее большое соединение (опять же, заливка многоугольника была бы лучшей) к C13, C17 и IC.

   Поверните D2 на 90 ° и поместите его между L2 и IC., Подключите его к многоугольнику и заземляющему столу.

В основном:

1. Используйте широкие трассы или многоугольные заливки для всех трасс с высокими токами переключения.
2. Если возможно, используйте заземление, это уменьшит шум, а также поможет отвести тепло от вашей микросхемы.

Я бы использовал версию с регулируемым выходным напряжением, а не 5v. Но даже если используется версия 5 В, вы должны включить делитель напряжения обратной связи (просто используйте резистор с нулевым сопротивлением для верхней стороны и не устанавливайте резистор для нижней стороны). Это даст вам больше гибкости в долгосрочной перспективе, на случай, если вам понадобится другое напряжение.

В общем, ваши следы недостаточно широки. Наиболее критичным будет трассировка от C9 до U1.7-8, всего, что связано с U1.6, L2 до C17 / C13, и GND между U1 и везде. Это сети, которые будут иметь много переключающих токов, и вы хотите убедиться, что они короткие и широкие.

U1 может рассеивать тепло, и соединения с GND-панелью в нижней части детали будет недостаточно. Вы должны увеличить размер плоскости GND на верхней стороне печатной платы. Сделайте это, перемещая R1 и C1, чтобы плоскость GND могла расширяться из-под чипа.

Трудно сказать, но я не думаю, что у вас есть GND, подключенный между верхней и нижней половиной цепи. Вы действительно должны просто иметь одну твердую плоскость заземления под всей печатной платой и не пытаться делать что-то необычное, чтобы изолировать различные секции. (Исключение: вы все еще хотите, чтобы плоскость GND охлаждала U1, просто используйте переходы, чтобы привязать эту плоскость к общей плоскости GND.)

Вывод: более толстые следы, лучшее охлаждение, много земли.

Редактировать: вот мои комментарии для Rev B ...

Внизу должна быть одна полная плоскость GND. Не разделить на две половины. Это очень важно и не должно игнорироваться.

По возможности, не оставляйте следы GND на верхнем слое - для этого и нужна плоскость GND. Это особенно верно для GND между J1, D1 и C17.

Кроме того, трассировка GND до C8 делает эту крышку совершенно бесполезной. След индуктивности будет огромным. Вместо этого используйте пару переходных отверстий к плоскости GND прямо на крышке. С8, вероятно, должен быть расположен рядом с С9.

Следы, соединяющие верхнюю и нижнюю половину контура, слишком тонкие. Удвойте или утроите их. Или еще лучше, используйте медную плоскость / форму / заполнение / что угодно.

Единственный след на нижней стороне (от C17 до U1) должен быть перенаправлен так, чтобы он был в основном на верхней части печатной платы. Это поможет сохранить плоскость GND на дне более неповрежденной и с меньшей вероятностью делать плохие вещи.

По вашим фотографиям трудно сказать, но вам может понадобиться больше переходов от площадки / плоскости GND на U1 к плоскости GND в нижнем слое. Получение большего количества тепла к нижнему слою - это хорошо.

Плоскость GND на верхнем слое, который подключен к D2 и проходит под L2, нуждается в большем количестве переходных отверстий к плоскости GND на нижней части печатной платы. Поместите как минимум 2 переходных отверстия под L2 и, возможно, третий в правом нижнем углу.