Ako možno rýchlo identifikovať problém so spínačom napájania?
Takzvaný spínaný zdroj označuje napájací zdroj, ktorý využíva modernú elektronickú napájaciu technológiu na riadenie časového pomeru otvorenia spínacej trubice a časti trubice na udržanie stabilného výstupného napätia. Spínaný napájací zdroj sa vo všeobecnosti skladá z IC riadenia s moduláciou šírky impulzov a MOSFET. S rozvojom technológie výkonovej elektroniky Vývojom a inováciami sa technológia spínaných zdrojov neustále inovuje. Ďalej uvediem niektoré opatrenia v procese návrhu spínaného zdroja a tiež predstavím, ako rýchlo zistiť problém spínaného zdroja, keď sa vyskytne problém so spínaným zdrojom.
Usporiadanie spínaného zdroja
Spínaný zdroj je druh napájacieho zdroja, ktorý využíva modernú technológiu výkonovej elektroniky na riadenie časového pomeru zapínania a vypínania pre udržanie stabilného výstupného napätia. Spínaný napájací zdroj sa vo všeobecnosti skladá z pulznej šírkovej modulácie (PWM) riadenia IC a MOSFET.
Usporiadanie je veľmi dôležité pri navrhovaní vysokofrekvenčných spínaných zdrojov. Dobré usporiadanie môže vyriešiť veľa problémov s týmto typom napájania. Problémy v dôsledku usporiadania sa zvyčajne prejavujú pri vysokých prúdoch a sú výraznejšie pri veľkých rozdieloch napätia medzi vstupným a výstupným napätím. Niektoré z hlavných problémov sú znížená regulácia pri veľkých výstupných prúdoch a/alebo veľkých rozdieloch vstupného/výstupného napätia, dodatočný šum na výstupe a nábehových priebehov a nestabilita. Takéto problémy možno minimalizovať použitím niekoľkých jednoduchých zásad uvedených nižšie.
induktor
Spínané zdroje využívajú tlmivky s nízkym EMI (Electro MagneTIc Interference) s uzavretými feritovými jadrami. Ako napríklad okrúhle alebo uzavreté E-jadrá. Otvorené jadrá možno použiť aj vtedy, ak majú nižšie charakteristiky EMI a sú umiestnené ďalej od vodičov a komponentov s nízkym výkonom. Ak používate otvorené jadro, je tiež dobré mať póly jadra kolmé na DPS. Na elimináciu väčšiny nežiaduceho hluku sa zvyčajne používajú tyčové jadrá (sTIck cores).
spätnú väzbu
Pokúste sa udržať slučku spätnej väzby mimo induktorov a zdrojov hluku. Tiež urobte spätnú líniu čo najrovnejšiu a hrubšiu. Niekedy existuje kompromis medzi týmito dvoma prístupmi, ale udržanie spätnej väzby od EMI induktora a iných zdrojov hluku je kritickejšie z týchto dvoch. Umiestnite spätnoväzbovú linku na stranu oproti induktoru na doske plošných spojov a oddeľte ju zemnou rovinou v strede.
filtračný kondenzátor
Pri použití malého keramického vstupného filtračného kondenzátora by mal byť umiestnený čo najbližšie ku kolíku VIN integrovaného obvodu. Tým sa odstráni čo najviac vplyvu indukčnosti vedenia, čo dáva interným IC vedeniam čistejší zdroj napätia. Niektoré konštrukcie spínaných zdrojov vyžadujú použitie dopredného kondenzátora pripojeného z výstupu na kolík spätnej väzby, zvyčajne z dôvodov stability. V tomto prípade by mal byť tiež umiestnený čo najbližšie k IC. Použitie kondenzátorov na povrchovú montáž tiež znižuje dĺžku vodičov, čím sa znižuje šumová väzba do efektívnej antény (efektívna anténa) spôsobená komponentmi s priechodnými otvormi.
kompenzovať
Ak sú pre stabilitu potrebné externé kompenzačné komponenty, mali by byť tiež umiestnené čo najbližšie k IC. Súčiastky na povrchovú montáž sa tu tiež odporúčajú z rovnakých dôvodov, ako sú uvedené pre filtračné kondenzátory. Tieto komponenty by tiež nemali byť príliš blízko k induktoru.
Stopy a pozemné roviny
Udržujte všetky silové (vysokoprúdové) stopy čo najkratšie, rovné a hrubé. Na štandardnom PCB je najlepšie mať absolútnu minimálnu šírku 15 mil (0.381 mm) na ampér. Induktor, výstupný kondenzátor a výstupná dióda by mali byť čo najbližšie k sebe. To môže pomôcť znížiť EMI spôsobené spínaním napájacích stôp, keď cez ne pretekajú veľké spínacie prúdy. To tiež znižuje indukčnosť a odpor elektródy, čo znižuje šumové špičky, zvonenie a odporové straty, ktoré môžu spôsobiť chyby napätia. Uzemnenie integrovaného obvodu, vstupný kondenzátor, výstupný kondenzátor a výstupná dióda (ak sú prítomné) by mali byť všetky pripojené priamo k jednej základnej rovine. Najlepšie je mať uzemňovaciu rovinu na oboch stranách PCB. To znižuje chyby zemnej slučky a absorbuje viac EMI generovaného induktorom, čím sa znižuje šum. Pre viacvrstvové dosky s viac ako dvoma vrstvami je možné použiť základnú rovinu na oddelenie výkonovej roviny (oblasť, kde sa nachádzajú napájacie stopy a komponenty) a signálovej roviny (oblasť, kde sa nachádzajú komponenty spätnej väzby a kompenzácie), aby sa zlepšil výkon. Na viacvrstvových doskách sú potrebné priechody na pripojenie stôp do rôznych rovín. Ak trasa potrebuje prenášať veľký prúd z jednej strany na druhú, je dobrou praxou použiť jeden štandardný priechod na 200 mA prúdu.
Usporiadajte komponenty tak, aby sa počiatočné prúdové slučky otáčali rovnakým smerom. Existujú dva stavy napájania v závislosti od toho, ako funguje regulátor hlavy. Jeden stav je, keď je otvor zatvorený a druhý stav je, keď je otvor otvorený. Počas každého stavu je prúdová slučka vytvorená napájacím zariadením, ktoré je práve zapnuté. Výkonové zariadenia sú usporiadané tak, že prúdová slučka vedie v každom stave rovnakým smerom. To zabraňuje reverzácii magnetického poľa v stopách medzi dvoma polkruhmi a znižuje emisie EMI.
chladenie
Pri použití napájacích integrovaných obvodov na povrchovú montáž alebo externých prepínačov napájania možno dosku plošných spojov často použiť ako chladič. Toto je použitie medeného povrchu na doske plošných spojov, aby sa pomohlo zariadeniu rozptýliť teplo. Informácie o použití tepelného rozptylu PCB nájdete v príručke konkrétneho zariadenia. To môže zvyčajne zachrániť chladiace zariadenie pridané spínaným zdrojom.
