Critico di progettazione PCB SMPS

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Questo è il mio layout riprogettato. Qual è la tua opinione di nuovo?

Design del regolatore buck SMPS da 10-32V a 5V 1.2A. L'IC è IFX91041 di Infineon.

Ecco gli schemi e i layout: http://www.mediafire.com/?69e66eje7vda1

(Mi è stata data un'area di 45 cm² (~ 6.98 pollici²) sia per 5v 1.2A che per 35V 4A.)

Sono d'accordo con le altre risposte qui, ma ho pensato che questo potrebbe aiutare:

Ho disegnato i 2 circuiti ad alta corrente / alta frequenza dell'interruttore di maggior interesse in questo progetto.

Il verde mostra il circuito di corrente in ingresso con i cappucci di disaccoppiamento C7 / C18 che forniscono la maggior parte della corrente ad alta frequenza necessaria. Questo anello è molto grande a causa della scarsa progettazione del terreno.

Il giallo mostra il loop di corrente in uscita, è anche molto grande.

Forse la cosa più preoccupante è che le correnti di ritorno sia dall'ingresso che dall'uscita al regolatore condividano un singolo percorso di ritorno a terra attraverso la traccia stretta che lascia C17.

Il tuo obiettivo finale qui è ridurre al minimo l'area del loop di entrambi questi loop. Nel fare ciò, ricorda che le correnti ad alta frequenza, quelle che riguardano l'IME, seguiranno il percorso di minima induttanza verso terra, non il percorso di minima resistenza.

Ad esempio, ho tracciato questi percorsi un po 'largamente per chiarezza, ma in realtà i componenti ad alta frequenza del percorso di ritorno a terra per la corrente di uscita (giallo) proveranno a viaggiare direttamente sotto il percorso della corrente di ingresso, se possibile. È più probabile che si pieghi sotto L2 sulla via del ritorno.

EDIT: aggiornamento per piano terra completo.

Ecco un disegno aggiornato degli anelli correnti per il tuo nuovo layout:

Questo è molto meglio, i ritorni a terra sono separati per chiarezza ma il contenuto ad alta frequenza viaggerà lungo il piano di terra il più vicino possibile direttamente sotto le tracce di potenza. Ho aggiunto il percorso di feedback in colore rosa e più chiaro indica corrente che viaggia sul piano terra.

Alcune note:

• I percorsi sono ancora molto più lunghi di quanto debbano essere. Il circuito di feedback è particolarmente lungo e viaggerà sotto la corrente di ingresso. Questo input ha un'impedenza elevata, quindi qualsiasi accoppiamento induttivo su questa traccia avrà un impatto relativamente grande sulla precisione della regolazione. Si attraversa a quasi 90 gradi, il che riduce l'accoppiamento ma le correnti al suolo non lo fanno e sono un problema per altri motivi (vedi sotto).

• La traccia di potenza in ingresso attraversa una divisione nel piano di terra in cui viene eseguita la traccia per il circuito di retroazione. Mai e poi mai, mai, attraversare una divisione su un terreno o un piano di potenza su uno strato adiacente con una traccia che ha qualche possibilità di trasportare alte frequenze (il che significa davvero qualsiasi traccia). Questo crea un circuito radiante come indicato dal percorso di ritorno verde chiaro. Il risultato finale è un grosso problema EMI.

• Non so se è il risultato dell'esportazione in pdf o cosa, ma sembra che tu abbia molti via che avranno problemi di liquidazione. Sono troppo vicini tra loro e troppo vicini ai pad dei componenti. Anche con la maschera di saldatura sui viali, il gioco della maschera di saldatura sui cuscinetti sembra che esporrà alcuni dei via che causano problemi di saldatura se si utilizza il riflusso. I via vicino a D1, per esempio, saranno quasi sicuramente esposti e quando la scheda viene ridisegnata, la via succherà tutta la saldatura dal pad lasciando D1 o dissaldato o molto poco saldato.

• Alcuni via non appaiono anche su entrambi i livelli, come quelli sotto U1.

Cosa farei:

Imposta la tua regola di progettazione del software di progettazione PCB controllando con tutti gli spazi richiesti dal produttore del PCB. Questo ti avviserà di problemi con via-via, via-pad e via-maschera di saldatura.

Strappa il design e ricomincia da capo con il posizionamento dei componenti sapendo che ora hai un piano terra solido. Concentrati sulla minimizzazione della lunghezza dei percorsi critici e usa più rame che puoi per questi percorsi (escludi il circuito di feedback, la sua bassa corrente). Se lo spazio / layout lo consente, un getto di terra sulla superficie non è una cattiva idea, assicurati solo di poterlo fare correttamente. (nessun rame orfano, ben accoppiato al piano terra)

Modifica 2:

Non sono sicuro se lo possiedi già, ma ecco le note di progettazione / app di riferimento di Infineon per una scheda a 2 strati che utilizza un piano di massa solido sul fondo. Usano una traccia FB abbastanza lunga ma la tengono ben lontana dai loop pericolosi.

Ci sono due circuiti di commutazione ad alta corrente in questo (e la maggior parte degli altri progetti SMPS) di cui è necessario occuparsi per l'efficienza sufficiente e il basso rumore EMI.

1. Pin8 - C9 - GND

   Questo loop dovrà coprire la tua potenza in ingresso.

   Per mantenere il circuito stesso più piccolo, collegare la massa dei condensatori alla bandiera del proprio regolatore, basta ruotare C9 di 90 ° in senso antiorario.

   Quello che mi manca nel tuo design è un condensatore piccolo ma veloce, come un condensatore ceramico 100-220nF. Collegalo molto vicino al regolatore IC.

2. Pin 6 - L2 - C13

   Questo sarà il tuo loop di output.

   Sposta C13 e C17 verso il basso, collega i loro motivi al groundtab dell'IC (usa un bel riempimento poligonale per quello.

   Aggiungi di nuovo un piccolo condensatore ceramico.

   Ruota L2 di 180 ° creando una buona connessione di grandi dimensioni (di nuovo, un riempimento poligonale sarebbe il migliore) a C13, C17 e IC.

   Ruota D2 di 90 ° e posizionalo tra L2 e l'IC., Collegalo al poligono e alla tabella.

In generale:

1. Utilizzare tracce WIDE o riempimenti poligonali per tutte le tracce con correnti di commutazione elevate.
2. Se possibile, usa un groundplane, ridurrà il rumore e aiuterà anche a condurre il calore lontano dall'IC.

Vorrei utilizzare la versione della tensione di uscita regolabile della parte anziché la parte 5v. Ma anche se viene utilizzata la versione 5v, è necessario includere il divisore di tensione di feedback (basta usare un resistore zero ohm per il lato alto e non installare il resistore lato basso). Questo ti darà maggiore flessibilità a lungo termine, nel caso in cui tu abbia bisogno di una tensione diversa.

In generale, le tue tracce non sono abbastanza ampie. Il più critico sarà la traccia da C9 a U1.7-8, qualsiasi cosa connessa a U1.6, L2 a C17 / C13 e GND tra U1 e ovunque. Queste sono le reti che avranno molte correnti di commutazione e vuoi assicurarti che siano corte e larghe.

U1 potrebbe dissipare un po 'di calore e la connessione che hai al pad GND nella parte inferiore della parte non sarà sufficiente. È necessario aumentare le dimensioni del piano GND sul lato superiore del PCB. Fallo spostando R1 e C1 in modo che il piano GND possa espandersi da sotto il chip.

È difficile da dire, ma non credo che tu abbia GND collegato tra la metà superiore e inferiore del circuito. Dovresti davvero avere solo un piano di massa solido sotto l'intero PCB e non cercare di fare nulla di speciale per isolare le diverse sezioni. (Eccezione: vuoi ancora che il piano GND raffreddi U1, basta usare vias per legare quel piano al piano GND complessivo.)

Conclusione: tracce più spesse, migliore raffreddamento, molta GND.

Modifica: ecco i miei commenti per Rev B ...

Il fondo dovrebbe essere un piano GND completo. Non diviso in due metà. Questo è fondamentale e non dovrebbe essere ignorato.

Quando possibile, non avere tracce GND sul livello superiore, ecco a cosa serve il piano GND. Ciò è particolarmente vero per il GND tra J1, D1 e C17.

Inoltre, la traccia GND su C8 rende quel limite completamente inutile. L'induttanza in tracce sarà enorme. Usa invece un paio di vie sul piano GND direttamente sul cappuccio. Probabilmente C8 dovrebbe trovarsi vicino a C9.

Le tracce che collegano la metà superiore e inferiore del circuito sono troppo sottili. Raddoppia o triplica. O meglio ancora, usa un piano / forma / riempimento / qualunque cosa di rame.

La singola traccia sul lato inferiore (da C17 a U1) deve essere reindirizzata in modo che si trovi principalmente sulla parte superiore del PCB. Ciò contribuirà a mantenere il piano GND sul fondo più intatto e meno propenso a fare cose cattive.

È difficile distinguerlo dalle tue immagini, ma potresti aver bisogno di più via dal pad / piano GND su U1 al piano GND sul livello inferiore. Ottenere più calore verso lo strato inferiore è buono.

Il piano GND sullo strato superiore che è collegato a D2 e ​​passa sotto L2 ha bisogno di più vie sul piano GND nella parte inferiore del PCB. Metti almeno 2 via sotto L2 e forse un terzo nell'angolo in basso a destra.