descripción general
"Problema de ruido"
Estas son cuatro palabras que todo diseñador de tableros escuchará. Para resolver el problema del ruido, a menudo lleva horas realizar pruebas de laboratorio. Para encontrar al culpable, pero al final, se descubrió que el ruido fue causado por el diseño incorrecto de la fuente de alimentación conmutada. Resolver tales problemas puede requerir el diseño de nuevos diseños, lo que provoca retrasos en los productos y mayores costos de desarrollo.
proceso de arquitectura general
Este artículo proporcionará pautas para el diseño de la placa de circuito impreso (PCB) para ayudar a los diseñadores a evitar tales problemas de ruido. Como ejemplo de un diseño de regulador de conmutación que utiliza el controlador de conmutación síncrono de dos canales ADP1850, el primer paso es determinar la ruta actual para el regulador. La ruta actual luego determina la ubicación del dispositivo en este diseño de diseño de bajo ruido.
Explicación de términos técnicos.
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detalles técnicos
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Paso 1: determinar la ruta actual
En un diseño de convertidor de conmutación, la ruta de alta corriente y la ruta de baja corriente están muy cerca una de la otra. Las rutas de corriente alterna (CA) llevan picos y ruido, las rutas de alta corriente continua (CC) pueden generar caídas de voltaje considerables y las rutas de baja corriente tienden a ser sensibles al ruido. La clave para el diseño y enrutamiento correctos de PCB es determinar la ruta crítica. Luego organice el dispositivo. Y proporcione suficiente área de cobre para que la corriente alta no destruya la corriente baja. Los signos de bajo rendimiento son el rebote del suelo y el ruido inyectado en el IC y el resto del sistema.
La figura muestra un diseño de regulador reductor síncrono, que incluye un controlador de conmutación y los siguientes dispositivos de alimentación externos: interruptor de lado alto. Interruptor de lado bajo. inductancia. Capacitancia de entrada. condensador de salida y condensador de derivación. Las flechas en la Figura 1 indican la dirección del flujo de corriente de conmutación alta. Estos componentes de potencia deben colocarse con cuidado. Evite la mala capacitancia e inductancia parásitas, lo que resulta en un ruido excesivo. rebasamiento, timbre y rebote en el suelo.
Las rutas de corriente del conmutador, como DH.DL, BST y SW, deben alejarse del controlador para evitar una inductancia parásita excesiva. Estas líneas transportan altas corrientes de pulso de conmutación de CA ol/ot que pueden alcanzar más de 3A y durar varios nanosegundos. Los bucles de alta corriente deben ser pequeños. Para minimizar el timbre de salida y evitar captar ruido adicional. bajo valor. trayectoria de la señal de baja amplitud. Tales como dispositivos de compensación y retroalimentación, etc., son muy sensibles al ruido. Estas rutas deben mantenerse alejadas de los nodos de conmutación y los dispositivos de alimentación para evitar inyectar ruido no deseado.
La planificación física del diseño del segundo paso.
La planificación física de PCB (plano de planta) es muy importante, y el área de bucle actual debe minimizarse. Y organice los dispositivos de energía de manera razonable. Haga que la corriente fluya suavemente. Evite las esquinas afiladas y los caminos angostos. Esto ayudará a reducir la capacitancia e inductancia parásitas, eliminando así el rebote del suelo.
La Figura 2 muestra el diseño de la placa de circuito impreso de un convertidor reductor de doble salida que utiliza el controlador de conmutación ADP1850. Tenga en cuenta que la disposición de los componentes de potencia minimiza el área del bucle de corriente y la inductancia parásita. Las líneas discontinuas indican caminos de alta corriente. Tanto los controladores síncronos como los asíncronos pueden utilizar esta técnica de planificación física. En los diseños de controladores asíncronos, los diodos Schottky reemplazan los interruptores del lado bajo.
El mosfet y el condensador del tercer paso.
La forma de onda actual en los interruptores de alimentación superior e inferior es un pulso con un valor muy alto de 6l/ot. por lo tanto. La ruta que conecta cada interruptor debe ser lo más corta posible para minimizar el ruido captado por el controlador y el ruido transmitido por el bucle inductivo. Cuando se utiliza un par de FET empaquetados DPAK o SO-8 en un lado de la PCB, es mejor rotar los dos FET en direcciones opuestas para que el nodo de conmutación quede en un lado del par. Y desvíe la corriente de fuga del lado alto a la fuente del lado bajo con capacitores de derivación cerámicos adecuados. Es importante colocar el capacitor de derivación lo más cerca posible del MOSFET (consulte la Figura 2) para minimizar la inductancia alrededor del bucle a través del FET y el capacitor.
La ubicación del capacitor de derivación de entrada y el capacitor masivo de entrada es fundamental para controlar el rebote a tierra. El terminal negativo del condensador del filtro de salida debe conectarse lo más cerca posible de la fuente del MOSFET de lado bajo, lo que ayuda a reducir la inductancia de bucle que provoca el rebote a tierra. Cb1 y Cb2 en la Figura 2 son capacitores de derivación de cerámica y el rango de valores recomendado para estos capacitores es de 1 uF a 22 uF. Para aplicaciones de alta corriente. Se debe conectar en paralelo un condensador de filtro adicional con un valor mayor, como se muestra por CIN en la figura.
La ruta de detección de corriente del cuarto paso
Para evitar la degradación de la precisión causada por el ruido de interferencia, el diseño de la ruta de detección de corriente del regulador de conmutación de modo de corriente debe estar correctamente diseñado. Las aplicaciones de doble canal en particular deben prestar más atención para eliminar cualquier diafonía de canal a canal.
El controlador reductor dual ADP1850 utiliza la resistencia de encendido del MOSFET de lado bajo, RDS (ENCENDIDO), como parte de la arquitectura de bucle de control. Esta arquitectura detecta la corriente que fluye a través del MOSFET de lado bajo entre los pines SWx y PGNDx. El ruido de corriente de tierra en un canal puede acoplarse a canales adyacentes. Por lo tanto, es importante mantener las trazas SWx y PGNDx lo más cortas posible y colocarlas cerca de los MOSFET. Para detectar con precisión la corriente. Las conexiones a los nodos SWx y PGNDx deben utilizar técnicas de detección de Kelvin.
Parte 5, ruta del controlador de puerta
Las trazas de transmisión de polos (DH y DL) también se ocupan de la alta ol/ot, que tiende a producir repiqueteo y sobreimpulso. Estos trazos deben ser lo más cortos posible. Lo mejor es cablear directamente. Evite el uso de pasamuros. Si se deben usar vías, use dos vías por traza para reducir la densidad de corriente máxima y la inductancia parásita.
Una pequeña resistencia (alrededor de 20 a 40 Ω) en serie con el pin DH o DL puede ralentizar la activación de la compuerta, lo que también reduce el ruido de la compuerta y el sobreimpulso. Alternativamente, también se puede conectar una resistencia entre los pines BST y SW (consulte la Figura 6). Reservar espacio con resistencias de puerta 00 durante el diseño aumenta la flexibilidad para una evaluación posterior. El aumento de la resistencia de la puerta prolonga los tiempos de subida y bajada de la carga de la puerta, lo que da como resultado mayores pérdidas de potencia de conmutación en el MOSFET.
resumen
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Conozca el camino actual. Su sensibilidad y colocación adecuada del dispositivo. Es la clave para eliminar los problemas de ruido en el diseño de PCB. Todas las placas de evaluación de dispositivos de alimentación de Analog Devices utilizan las pautas de diseño anteriores para un rendimiento óptimo. Los documentos de la junta de evaluación UG-204 y UG-205 detallan el diseño del ADP1850. Tenga en cuenta que todas las fuentes de alimentación conmutadas tienen los mismos componentes y sensibilidades de ruta de corriente similares. por lo tanto. Las pautas ilustradas con el ADP1850 como ejemplo para un regulador reductor de modo de corriente también se aplican al diseño de un regulador de conmutación de modo de voltaje y/o elevador.