Компоновка печатной платы

November 18, 2011 by admin Комментировать »

Завершающий этап разработки любого импульсного источника питания заключается в физическом проектировании печатной платы. Если плата спроектирована неправильно, то она будет способствовать неустойчивости питания и излучать чрезмерные электромагнитные помехи. Задач разработчика — обеспечить хорошую компоновку печатной платы на основе понимания физического функционирования схемы.

Импульсные источники питания содержат сигналы, насыщенные на высоких частотах, и любая дорожка на печатной плате может выступать в качестве антенны. Длина и ширина дорожки влияют на ее сопротивление и индуктивность, которые, в свою очередь, влияют на частотную характеристику. Даже дорожки, пропускающие сигналы постоянного тока, могут улавливать радиосигналы от соседних дорожек и создавать проблемы в схеме или даже опять переизлучать сигнал помехи. Все дорожки, передающие переменный ток, должны быть выполнены как можно более короткими и широкими. Это означает, что любые компоненты обработки питания, подсоединенные к той или иной дорожке и к другим дорожкам питания, должны быть расположены плотно друг к другу. Длина дорожки прямо пропорциональна значению ее индуктивности и сопротивлению и влияет на длину волны, на которую будет реагировать дорожка. Чем больше длина дорожки, тем ниже частота, которую эта дорожка может принять и передать, и тем большей радиочастотной энергии она подвержена.

3.14.1. Основные токовые петли

Внутри любого импульсного источника питания существует четыре токовые петли, причем каждая из них должна быть отделена друг от друга. Ниже эти токовые петли перечислены в порядке их важности для хорошей компоновки печатной платы.

1.              Петля переменного тока ключа.

2.              Петля переменного тока выходного выпрямителя.

3.              Токовая петля входного источника.

4.              Токовая петля выходной нагрузки.

Эти петли показаны на рис. 3.59 для трех основных типов топологии импульсных источников питания.

Рис. 3.59. Основные токовые петли в основных типах топологий импульсных источников питания: а — неизолированный понижающий преобразователь; б— неизолированный повышающий преобразователь; в— преобразователь с изолирующим трансформатором

Токовые петли входного источника и выходной нагрузки обычно не представляют проблем. Ток внутри этих петель, в основном, сформирован из постоянного тока с небольшой добавкой переменного тока. Эти две петли обычно имеют также специальные фильтры для препятствия выхода шума переменного тока в окружающую среду. Контакты конденсаторов входного и выходного фильтров должны быть размещены именно там, где петли входная и выходная токовая петля, соответственно, соединяется с источником питания. Входная петля заряжает входной конденсатор током, близким к постоянному, но не в состоянии поставлять высокочастотные импульсы тока, необходимые для импульсного источника питания.

Основная роль конденсатора фильтра заключается в выполнении функции широкополосного резервуара энергии. Конденсатор выходного фильтра аналогичным образом сохраняет высокочастотную энергию от выходного выпрямителя и позволяет петле выходной нагрузки снимать энергию в манере постоянного тока. Таким образом, контакты конденсаторов входного и выходного фильтров очень важны. Если соединения между входной и выходной петлями и петлями ключа или выпрямителя не направлено прямо к контактам конденсаторов, то энергия переменного тока будет обходить конденсаторы входного и выходного фильтра и попадать в окружающую среду через входную и выходную токовую петли.

Петли переменного тока ключа и выпрямителя содержат очень высокие трапецеидальные формы волны, характерные для импульсных источников питания с ШИМ. Эти формы волны насыщены по гармоникам, которые значительно превышают базовую частоту переключений. Такие переменные токи могут иметь максимальные амплитуды в 2-5 раз больше, чем непрерывные постоянные токи входа и выхода. Длительность переходных процессов обычно составляет около 50 не. Таким образом, эти две петли обладают самой большой способностью создавать электромагнитные помехи.

Маршрут двух рассматриваемых токовых петель переменного тока должен быть определен раньше любых других дорожек в источнике питания. Тремя основными компонентами, создающими каждую петлю, являются конденсатор фильтра, ключ или выпрямитель и индуктор или трансформатор. Эти компоненты должны располагаться близко друг к другу, а также должны быть сориентированы таким образом, чтобы путь тока между ними был как можно более коротким. Хороший пример компоновки секции питания понижающего преобразователя показан на рис. 3.60.

Рис. 3.60. Хорошая компоновка понижающего преобразователя

Дорожки внутри петель также оказывают большое влияние на измеренный КПД преобразователя. Если на любой из этих дорожек наблюдается значительное падение напряжения, то преобразователь покажет меньший КПД, поскольку он работает на более низком напряжении (и, следовательно, с большим током). Однако, если для расчета КПД используется цифровой вольтметр, то считанные значения входного напряжения окажутся выше, чем на самом деле, что приводит к ошибочно большому результату произведения VT.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты