- Panduan untuk Input dan filter Terkait
- Pedoman Sirkuit Pengemudi dan Sirkuit Kontrol
- Panduan untuk Mengganti Induktor dan Transformer
- Panduan untuk Jembatan Keluaran dan Bagian Filter
- Mengurangi Pentalan Tanah untuk Tata Letak SMPS PCB
- Ikuti Standar IPC
- Koneksi Kelvin untuk Sense Line
Switching power supply adalah topologi catu daya yang banyak digunakan dalam elektronika daya. Baik itu Mesin CNC yang rumit atau perangkat elektronik yang ringkas, selama perangkat terhubung ke semacam catu daya, sirkuit SMPS selalu wajib. Unit catu daya yang tidak tepat atau rusak dapat menyebabkan kegagalan besar produk terlepas dari seberapa baik desain dan fungsional rangkaiannya. Kami telah merancang beberapa sirkuit Power Supply SMPS seperti SMPS 12V 1A dan SMPS 5V 2A menggunakan Power Integration dan Viper controller IC masing-masing.
Setiap catu daya switching menggunakan sakelar seperti MOSFET atau transistor daya yang terus-menerus dihidupkan atau dimatikan tergantung pada spesifikasi driver switching. Frekuensi switching dari status ON dan OFF ini berkisar dari beberapa ratus kilohertz hingga kisaran megahertz. Dalam modul switching frekuensi tinggi seperti itu , taktik desain PCB jauh lebih penting dan kadang-kadang diabaikan oleh perancangnya. Misalnya, desain PCB yang buruk dapat menyebabkan kegagalan seluruh rangkaian serta PCB yang dirancang dengan baik dapat menyelesaikan banyak kejadian yang tidak menyenangkan.
Sebagai pedoman umum, tutorial ini akan memberikan beberapa aspek rinci dari pedoman tata letak desain PCB penting yang penting untuk semua jenis desain PCB berbasis catu daya mode sakelar. Anda juga dapat melihat Teknik Desain untuk Pengurangan EMI di Sirkuit SMPS.
Hal pertama yang pertama, untuk merancang catu daya mode sakelar, seseorang harus memiliki indikasi yang jelas tentang persyaratan dan spesifikasi sirkuit. Catu daya memiliki empat bagian penting.
- Filter masukan dan keluaran.
- Sirkuit driver dan komponen terkait untuk pengemudi terutama sirkuit kontrol.
- Mengganti induktor atau Transformer
- Output Bridge dan filter terkait.
Dalam desain PCB, semua segmen ini perlu dipisahkan di PCB dan memerlukan perhatian khusus. Kami akan membahas setiap segmen secara detail di artikel ini.
Panduan untuk Input dan filter Terkait
Bagian input dan filter adalah tempat jalur suplai yang berisik atau tidak diatur terhubung ke sirkuit. Oleh karena itu, kapasitor filter input harus ditempatkan pada jarak yang rata dari konektor input dan rangkaian driver. Sangat penting untuk selalu menggunakan sambungan pendek untuk menghubungkan bagian Input dengan sirkuit driver.
Bagian yang disorot pada gambar di atas mewakili penempatan dekat kapasitor filter.
Pedoman Sirkuit Pengemudi dan Sirkuit Kontrol
Driver terutama terdiri dari MOSFET internal atau terkadang MOSFET switching terhubung secara eksternal. Jalur switching selalu DIHIDUPKAN dan DIMATIKAN dalam frekuensi yang sangat tinggi dan menciptakan jalur suplai yang sangat bising. Bagian ini harus selalu terpisah dari semua koneksi lainnya.
Misalnya, saluran DC tegangan tinggi yang langsung menuju ke transformator (Untuk SMP flyback) atau saluran DC yang langsung menuju ke induktor daya (regulator switching berbasis topologi Buck atau Boost) harus dipisahkan.
Pada gambar di bawah ini, sinyal yang disorot adalah saluran DC tegangan tinggi. Sinyal diarahkan sedemikian rupa sehingga dipisahkan dari sinyal lain.
Salah satu garis paling berisik dalam desain catu daya mode sakelar adalah pin pembuangan dari pengemudi, apakah itu desain flyback AC ke DC atau dapat berupa catu daya switching daya rendah buck, boost atau buck-boost berbasis topologi. rancangan. Itu selalu perlu dipisahkan dari semua koneksi lain dan juga harus sangat pendek karena jenis perutean ini umumnya membawa sinyal frekuensi sangat tinggi. Cara terbaik untuk mengisolasi jalur sinyal ini dari yang lain adalah dengan menggunakan potongan PCB dengan menggunakan lapisan penggilingan atau dimensi.
Pada gambar di bawah ini, sambungan pin Drain terisolasi ditampilkan yang memiliki jarak aman dari Opto-coupler serta PCB yang terputus akan menghilangkan gangguan dari perutean atau sinyal lain.
Poin penting lainnya adalah, rangkaian driver hampir selalu memiliki umpan balik atau jalur penginderaan (beberapa kali lebih dari satu seperti jalur sensor tegangan input, jalur sensor output) yang sangat sensitif dan operasi driver sepenuhnya bergantung dengan merasakan umpan balik. Segala jenis umpan balik atau garis penginderaan harus lebih pendek panjangnya untuk menghindari penggandengan kebisingan. Jenis saluran ini selalu perlu dipisahkan dari Power, switching atau saluran bising lainnya.
Gambar di bawah ini menunjukkan baris Umpan Balik terpisah dari optocoupler ke pengemudi.
Tidak hanya itu saja, rangkaian driver juga dapat memiliki beberapa jenis komponen seperti kapasitor, filter RC yang diperlukan untuk mengontrol operasi rangkaian driver. Komponen-komponen tersebut harus ditempatkan dekat dengan pengemudi.
Panduan untuk Mengganti Induktor dan Transformer
Switching Inductor adalah komponen terbesar yang tersedia di papan catu daya apa pun setelah kapasitor besar. Salah satu desain yang buruk adalah merutekan segala jenis koneksi antara kabel induktor. Penting untuk tidak merutekan sinyal apa pun antara daya atau bantalan induktor filter.
Juga, Setiap kali Transformer digunakan dalam catu daya, terutama di SMPS AC-DC, penggunaan utama transformator ini adalah untuk mengisolasi input dengan output. Diperlukan jarak yang cukup antara bantalan primer dan sekunder. Salah satu cara terbaik untuk meningkatkan rambat adalah dengan menerapkan pemotongan PCB menggunakan lapisan milling. Jangan pernah menggunakan jenis perutean apa pun antara kabel transformator.
Panduan untuk Jembatan Keluaran dan Bagian Filter
Jembatan keluaran adalah dioda Schottky arus tinggi yang menghilangkan panas tergantung pada arus beban. Dalam beberapa kasus, diperlukan heat sink PCB yang perlu dibuat di PCB itu sendiri dengan menggunakan bidang tembaga. Efisiensi heat sink sebanding dengan luas dan ketebalan tembaga PCB.
Ada dua jenis ketebalan tembaga yang umumnya tersedia di PCB, 35 mikron dan 70 mikron. Semakin tinggi ketebalannya, semakin baik konektivitas termal dan area heat sink PCB dipersingkat. Jika PCB adalah lapisan ganda dan ruang yang dipanaskan agak tidak tersedia di PCB, seseorang dapat menggunakan kedua sisi bidang tembaga dan dapat menghubungkan kedua sisi tersebut menggunakan vias umum.
Gambar di bawah ini adalah contoh heatsink PCB dari dioda Schottky yang dibuat di lapisan bawah.
Kapasitor filter tepat setelah dioda Schottky harus ditempatkan sangat dekat di trafo atau induktor switching sedemikian rupa sehingga loop suplai melalui Induktor, dioda Bridge dan kapasitor menjadi sangat pendek. Sedemikian rupa, riak keluaran bisa dikurangi.
Gambar di atas adalah contoh loop pendek dari output trafo ke dioda jembatan dan kapasitor filter.
Mengurangi Pentalan Tanah untuk Tata Letak SMPS PCB
Pertama, pengisian arde sangat penting dan memisahkan bidang arde yang berbeda dalam rangkaian catu daya adalah hal terpenting lainnya.
Dari perspektif sirkuit, catu daya switching dapat memiliki satu kesamaan untuk semua komponen tetapi tidak terjadi selama fase desain PCB. Sesuai perspektif desain PCB, arde dipisahkan menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah pentanahan daya dan bagian kedua adalah pentanahan analog atau kendali. Kedua alasan ini memiliki hubungan yang sama tetapi ada perbedaan besar. Analog atau control ground digunakan oleh komponen-komponen yang berhubungan dengan rangkaian driver. Komponen tersebut menggunakan bidang pembumian yang menghasilkan jalur balik arus rendah, sedangkan pembumian daya membawa jalur balik arus tinggi. Komponen daya berisik dan dapat menyebabkan masalah pantulan arde yang tidak pasti di sirkuit kontrol jika tersambung langsung di arde yang sama. Gambar di bawah ini menunjukkan bagaimana sirkuit analog dan kontrol sepenuhnya diisolasi dari saluran listrik lain dari PCB dalam satu lapisan PCB.
Kedua bagian ini perlu dipisahkan dan harus dihubungkan di wilayah tertentu.
Ini mudah jika PCB adalah lapisan ganda, seperti lapisan atas dapat digunakan sebagai ground kontrol dan semua sirkuit kontrol harus dihubungkan di bidang tanah yang sama di lapisan atas. Di sisi lain, lapisan bawah dapat digunakan sebagai ground power dan semua komponen yang berisik harus menggunakan ground plane ini. Namun kedua landasan tersebut adalah koneksi yang sama dan terhubung dalam skema. Sekarang, untuk menghubungkan lapisan atas dan bawah, vias dapat digunakan untuk menghubungkan kedua bidang tanah di satu tempat. Misalnya, lihat gambar di bawah ini -
Bagian driver di atas memiliki semua kapasitor terkait filter daya yang menggunakan bidang pembumian secara terpisah yang disebut Power GND, tetapi bagian di bawah dari IC driver adalah semua komponen yang terkait dengan kontrol, menggunakan GND kontrol terpisah. Kedua alasan tersebut adalah koneksi yang sama tetapi dibuat secara terpisah. Kedua koneksi GND tersebut kemudian bergabung melintasi Driver IC.
Ikuti Standar IPC
Ikuti pedoman dan aturan PCB sesuai standar desain PCB IPC. Ini selalu meminimalkan kemungkinan kesalahan jika perancang mengikuti standar desain PCB yang dijelaskan dalam IPC2152 dan IPC-2221B. Ingatlah bahwa lebar jejak secara langsung mempengaruhi suhu dan daya dukung arus. Oleh karena itu, lebar jejak yang salah dapat menyebabkan peningkatan suhu dan aliran arus yang buruk.
The jarak antara dua jejak ini juga penting untuk menghindari kegagalan pasti atau cross-talk, kadang-kadang Crossfires dalam aplikasi tegangan tinggi arus tinggi. IPC-9592B menjelaskan jarak yang disarankan antara saluran listrik dalam desain PCB berbasis Power Supply.
Koneksi Kelvin untuk Sense Line
Sambungan kelvin merupakan parameter penting lainnya dalam Desain Papan Catu Daya, karena keakuratan pengukuran yang mempengaruhi kemampuan rangkaian kendali. Rangkaian kontrol catu daya selalu memerlukan beberapa jenis pengukuran, baik itu sensor arus atau sensor tegangan pada jalur umpan balik atau sensor. Penginderaan ini harus dilakukan dari lead komponen sedemikian rupa sehingga sinyal atau jejak lain tidak mengganggu garis sensor. Sambungan Kelvin membantu dalam mencapai hal yang sama, jika garis indra adalah pasangan diferensial, panjangnya harus sama untuk kedua jejak dan jejaknya harus terhubung melintasi ujung komponen.
Misalnya, koneksi Kelvin dijelaskan dengan benar dalam pedoman desain PCB dari pengontrol daya oleh instrumen Texas.
Gambar di atas menunjukkan penginderaan arus yang tepat menggunakan koneksi Kelvin. Sambungan yang tepat adalah sambungan kelvin yang tepat yang akan penting untuk desain garis indra. Tata letak PCB juga diberikan dengan benar di dokumen itu.
Tata letak PCB menunjukkan hubungan yang erat antara kapasitor keramik 10nF dan 1nF melintasi IC driver atau pengontrol. Garis Sense juga mencerminkan koneksi kelvin yang tepat. Lapisan daya bagian dalam adalah saluran sumber terpisah yang dihubungkan dengan saluran sumber yang sama tetapi terpisah menggunakan beberapa vias untuk mengurangi kopling kebisingan.