Рецепти за оптимален распоред на напојување во режим на прекинувач All-Electronic
Клучни податоци
Времето инвестирано во внимателно поставување на колото за напојување се исплати на многу начини, што резултира во ефикасно напојување со низок шум. Тогаш напојувањето станува солидна основа за останатите кола преку обезбедување на чисто напојување и потенцијали за заземјување потребни за секое коло, што исто така го прави решавањето на проблеми на другите кола релативно лесно. Кружењето на спорадични или периодични дефекти може да се претвори во вистински кошмар ако напонот на напојувањето и земјата се под влијание на нарушувања. Квалификуваните инженери никогаш не прават грешка што ја потценуваат важноста на изгледот на напојувањето, посветувајќи минимално внимание на тоа.
Слично на тоа, навидум незначителен проблем во изгледот на напојувањето може да има последици врз целиот систем и да го уништи целото коло. Секој што нема практично искуство во дизајнирање на аналогни кола, може да го пренесе ова на најнеискусниот дизајнер во тимот со аргумент дека на крајот на краиштата, станува збор само за напојувањето. Но, ова не е без опасност. На крајот на краиштата, дури и искусен архитект нема да заштеди кога станува збор за беспрекорна статика на една зграда - особено кога станува збор за темелот. Исто така, познавач на аналогни дизајнери нема да ја потцени важноста на стабилното напојување и земјата, што на крајот ја формира основата на солидно функционирачкото коло.
Слика 1: Поглед на претседателската палата на Хаити, уништена во земјотрес. Максим интегриран
Со оглед на клучната улога што ја игра добра основа, овој напис обезбедува корисни информации за темите за напојување и заземјување, како и распоред на плочки и систем. Работи како што е самото напојување, централните точки на земјата и раздвојувањето на напојувањето за неколку фреквенции. Покрај тоа, прикажано е како може да се насочи поставувањето на компонентите така што петелките во кои течат високи струи на преклопување ја затвораат најмалата можна област.
Слика 2: Најмали пукнатини во темелот како предвесник на катастрофалните ефекти. Максим интегриран
Општи грешки во изгледот на PCB
а) Филтрирајте го бучавата
Идеална единица за напојување ја претвора наизменичната струја што стигнува до приватни домаќинства и трговски згради и со тоа безброј електронски уреди преку јавната мрежа во директна струја што ја бараат електронските кола. Идеално, директната струја нема бучава и е ослободена од бранувања или хармоници од мрежата на наизменична струја. Земјата, која служи како референтен потенцијал за снабдување со директна струја, тогаш е апсолутно чиста и ослободена од мешање. Толку од идеалната ситуација. Како инженер, сепак, брзо дознавате дека реалниот свет е сè освен идеален и дека треба да ги внесете во игра целото знаење и вештини за да ги постигнете посакуваните резултати и покрај неидеалните услови.
Слика 3: Затемнување компензиран од струја како филтер за линија. Максим интегриран
Како прво, важно е да се разбере работната околина и да се биде свесен за фактот дека често се присутни пречки на висока фреквенција од надворешни предаватели. Меѓу другото, ова можат да бидат дигитални кола што се наоѓаат на истата плоча. Кога се поврзувате со електричната мрежа, често е пожелен филтер како што е прикажано на слика 3. Овој филтер го штити уредот од двете страни. Мора да се провери дали уредот емитува пречки и, обратно, дали е чувствителен на мешање однадвор. Од една страна, филтерот спречува променливи на вознемирувањето од мрежата за напојување да влезе во уредот и, од друга страна, осигурува дека самиот уред не испушта никакви променливи на нарушување во мрежата.
б) Централните точки на земјата го намалуваат бучавата
Општо земено, повеќеслојните плочки со големи напојувања и области на заземјување обезбедуваат најдобар интегритет на сигналот.
Слика 4: Грешка при отскокнување на земјата во системот. Повратните струи не се насочуваат индивидуално од секој дел на колото до централната точка на заземјувањето. Максим интегриран
Слика 5: Правилно поврзување со централното напојување и точките на земјата (тука се претпоставува дека се без бучава). Максим интегриран
в) Одвојување на бучавата од напојувањето
Претпоставката на Слика 5 дека централното напојување и точките на земјата се ослободени од бучава значи дека напојувањето и заземјувањето се хомогени во овие точки и дека нема диференцијален шум помеѓу двете. Во идеален случај, излезот на единицата за напојување има импеданса од скоро нула или е опремен со кондензатори за раздвојување кои имаат низок ефективен сериски отпор (ESR) на соодветните фреквенции. Линиите преку кои одделните делови на колото се поврзани со централното напојување и точките на заземјувањето имаат одреден отпор во серија и одредена индуктивност. Оваа серија отпорност и индуктивност се користи за изолирање на бучните кола од чистите кола. Заедно со кондензаторите за одвојување на излезот од секое коло, серискиот отпор и индуктивноста овде формираат филтер со низок премин. Меѓутоа, ако линиите до одредени делови на колото се релативно кратки, можеби ќе треба да се додадат дискретни отпорници и индуктори.
Слика 6: Ова еквивалентно коло на реален кондензатор ги покажува паразитските компоненти. Максим интегриран
Раздвојувањето е тешко бидејќи кондензаторите имаат индуктивност на истекување. Вистински кондензатор изгледа како сериско коло составено од отпорник, индуктор и кондензатор (Слика 6). На ниски фреквенции доминира капацитетот. Над природната фреквенција (Саморезонантна фреквенција - SRF), сепак, засеците во кривините на Слика 7 ја означуваат точката од која кондензаторот делува како индуктивност. За целите на раздвојување, кондензаторот може да се користи само во опсег на фреквенција близу или под неговата природна фреквенција, бидејќи тука кондензаторот има мала импеданса на соодветната фреквенција.
Сл. 7: Карактеристиките на шест кондензатори со различни капацитети ја покажуваат соодветната природна фреквенција. Максим интегриран
На слика 7, природните фреквенции на кондензатори со различни капацитети можат јасно да се видат од засеците во карактеристичните криви. Јасно може да се забележи дека кондензаторите со повисоки вредности на капацитивност имаат подобар ефект на раздвојување (што е да се каже помала импеданса) од кондензаторите со помал капацитет на ниски фреквенции. Програмите за зачини кои се нудат бесплатно се погодни за прикажување на природната фреквенција на кондензаторите.
Грешки во распоредот поврзани со вклучување на ИЦ-те за напојување
Слика 8: Дијаграм со поедноставено коло со MAX17501 од семејството на напојување во режим на вклучен во Хималаја. Максим интегриран
На слика 8 се издвојуваат двата различни симболи на маса (триаголници). Овие означуваат точки со стрмни, високи импулси на струја на преклопување. Важно е да се изолираат овие точки од приклучоците на заземјувањето на малите сигнални аналогни кола или од референтната земја.
Како што можете да видите, на слика 8 е поставен керамички кондензатор на влезен филтер (C1) во близина на VIN-врската на уредот. Кондензаторот делува како енергетски резервоар за измазнување на импулсите на напојната линија што би се вратил во напојувањето со еднонасочна струја без овој кондензатор. Во зависност од стрмноста на импулсите за вклучување, овој кондензатор на влезниот филтер може да биде составен од неколку индивидуални кондензатори со различна големина со цел да покрие голем опсег на фреквенција. Кондензаторот за бајпас за врската VCC исто така треба да се постави што е можно поблиску до оваа врска. Овој кондензатор, исто така, можеби ќе треба да биде составен од неколку индивидуални кондензатори. Во интерес на најефикасна можна дисипација на топлина, треба да се распоредат неколку термички вии (позлатени дупки) под изложената подлога на компонентата.
Слика 9: Изолација помеѓу масите и централната точка на масата и јамката со висока струја (испрекината црвена линија). Максим интегриран
Клучно за стабилно работење
Тековната јамка прикажана на слика 9 е најважниот дел од напојувањето во режим на вклучено. Клучно е за стабилно работење да се изолираат двете маси едни од други, бидејќи дури и малите флуктуации во овој момент може да имаат катастрофални ефекти врз ефикасноста, бучавата и електромагнетните и емисиите на мешање на висока фреквенција (ЕМИ и RFI). Бидејќи пулсирачките струи течат во оваа јамка, патеките на проводникот мора да бидат колку што е можно пократки и што пошироки во интерес на индуктивноста на ниско истекување. Едноставните модификации на оваа тековна јамка може да значат разлика помеѓу добар и лош распоред. Во потрага по најмалата можна јамка, лошиот распоред може да се подобри за 20%. Само вртење на индуктивноста за 90 ° носи подобрување. За да се намали сериската индуктивност на виа, паралелно може да се поврзат две, четири или дури и повеќе вии, како што се бара.
На слика 9 можете да видите дека кружниот симбол Виа содржи друг мал круг. Ова се приземните врски (триаголните симболи на дијаграмот на струјното коло) кои се поврзани со рамнината на заземјувањето од долната страна на плочката и со централната точка на заземјувањето. Кругови преку кои има X во нив ја симболизира основата за референцата и стабилноста на сигналот. Овие се поврзани со посебна површина од долната страна на плочата и се поврзани со главната површина на земјата во централната точка на земјата. Заземјувањето за аналогните кола со мал сигнал и референцата мора да се чуваат одделно од земјата за струите на прекинувачот. И двајцата треба да бидат поврзани едни со други во точката во која активностите на префрлување се минимални (т.е. во централната точка на земјата). Обично врската се прави со приклучокот за заземјување на бајпасниот кондензатор за VCC.
Симболот преку круг со знак плус ја симболизира врската помеѓу излезниот напон и игла за повратни информации. Ова мора да се оддалечи од индуктивноста и јамката со голема струја што е можно побрзо. Серискиот отпорник R4 треба да се постави што е можно поблиску до иглата за повратни информации, бидејќи формира нископропусен филтер заедно со влезниот капацитет на иглата за повратни информации (Слика 10).
Слика 10: Ако R4 е близу до излезниот пин, долгата линија до иглата за повратни информации (FB/VO) делува како антена. Максим интегриран
Дизајнер со мало искуство со распоред, откако ќе го погледне дијаграмот на колото, може да го постави отпорникот R4 во близина на излезниот пин, како што е прикажано на слика 10. Како и да е, бидејќи индуктивноста е дизајнирана како незаштитен жичен ликвидација околу јадро на ферит, ги интензивира електромагнетните полиња прошарани во игла за повратни информации (испрекинат круг во портокалова боја). Ова пак резултира со нестабилност, бидејќи линијата помеѓу иглата за повратни информации и R4 делува како антена и ги прима рабовите на преклопување. На слика 11, линијата А е извор на високо ниво, додека линијата Б е приемник со висока импеданса. Crosstalk може да се намали со поставување на линијата B на поголемо растојание или намалување на нејзината импеданса.
Слика 11: Crosstalk може да се минимизира со правилно поставување на патеките на проводникот. Комбинацијата на R4 и "C внатрешна" функционира како низок премин и го потиснува преодот. Максим интегриран
Проверете ги хармониците
Дури и ако вистинската фреквенција на преклопување е само во двоцифрен опсег на килохерци, тоа е хармониката на преклопните рабови што доведува до пренасочување и зрачење на пречки. Фреквенциите на овие хармоници можат да бидат до многу стотици мегахерци и мора да се контролираат. Затоа, решението прикажано на слика 12 го олеснува поврзувањето на излезниот пин и игла за повратни информации едни со други. За таа цел, патеката на проводникот се чува подалеку од јамката со висока струја (Слика 9) и индуктивноста L1, а R4 ги амортизира сите пречки (обележани со портокалови кругови). Поставувањето на R4 во близина на иглата за повратни информации на MAX17501 го подобрува ефектот на низок премин на комбинацијата на R4 и внатрешниот капацитет.
Слика 12: Ефектите на вкрстување помеѓу линиите можат да бидат капацитивни, магнетни или електростатски по природа (или нивна комбинација). Максим интегриран
Со цел да се разјаснат основните принципи, опишан е наједноставниот можен изглед на компонента со внатрешни транзистори за вклучување. Компонентите со надворешни транзистори се опфатени во други упатства и записи за апликации од Максим Интегриран (видете ја верзијата на Интернет).