Regole tecniche e applicazioni del layout PCB per alimentatori switching
Al giorno d'oggi, a causa delle onde elettromagnetiche generate dagli alimentatori a commutazione, che influenzano il normale funzionamento dei loro prodotti elettronici, la corretta tecnologia di layout PCB per gli alimentatori è diventata molto importante.
In molti casi, un alimentatore perfettamente progettato su carta potrebbe non funzionare correttamente durante il debug iniziale a causa di numerosi problemi con il layout PCB dell'alimentatore. Ad esempio, nel diagramma schematico di un alimentatore switching step-down su un dispositivo elettronico di consumo, il progettista dovrebbe essere in grado di distinguere tra i componenti nel circuito di alimentazione e quelli nel circuito del segnale di controllo su questo schema elettrico. Tuttavia, se il progettista tratta tutti i componenti di questo alimentatore come se fossero componenti del circuito digitale, il problema può diventare piuttosto serio. Il layout del PCB dell'alimentatore switch è completamente diverso da quello del PCB del circuito digitale. Nel layout del circuito digitale, molti chip digitali possono essere disposti automaticamente tramite il software PCB e le linee di collegamento tra i chip possono essere collegate automaticamente tramite il software PCB. L'alimentatore commutato prodotto dalla composizione automatica sicuramente non funzionerà correttamente. Pertanto, i progettisti devono padroneggiare e comprendere le regole tecniche corrette per il layout del PCB per gli alimentatori a commutazione.
Regole tecniche per il layout del PCB degli alimentatori switching
La capacità del condensatore ceramico di bypass non dovrebbe essere troppo grande e la sua induttanza in serie parassita dovrebbe essere ridotta al minimo il più possibile. Il collegamento in parallelo di più condensatori può migliorare le caratteristiche di impedenza ad alta frequenza dei condensatori
Quando la frequenza operativa di un condensatore è inferiore a fo, l'impedenza della capacità Zc diminuisce con l'aumento della frequenza; Quando la frequenza operativa del condensatore è superiore a fo, l'impedenza della capacità Zc diventerà come l'impedenza dell'induttanza e aumenterà con l'aumento della frequenza; Quando la frequenza operativa di un condensatore si avvicina a fo, l'impedenza del condensatore è uguale alla sua resistenza in serie equivalente (RESR).
I condensatori elettrolitici hanno generalmente una grande capacità e una grande induttanza in serie equivalente. A causa della sua bassa frequenza di risonanza, può essere utilizzato solo per il filtraggio a bassa frequenza. I condensatori al tantalio hanno generalmente una capacità maggiore e un'induttanza in serie equivalente più piccola, quindi la loro frequenza di risonanza è superiore a quella dei condensatori elettrolitici e può essere utilizzata nel filtraggio da media ad alta frequenza. La capacità e l'induttanza in serie equivalente dei condensatori ceramici sono generalmente molto piccole, quindi la loro frequenza di risonanza è molto più elevata di quella dei condensatori elettrolitici e dei condensatori al tantalio, quindi possono essere utilizzati nei circuiti di filtraggio e bypass ad alta frequenza. A causa del fatto che la frequenza di risonanza dei condensatori ceramici di piccola capacità è superiore a quella dei condensatori ceramici di grande capacità
Quando si scelgono i condensatori di bypass, non è consigliabile utilizzare semplicemente condensatori ceramici con valori di capacità elevati. Per migliorare le caratteristiche ad alta frequenza dei condensatori, è possibile collegare in parallelo più condensatori con caratteristiche diverse per l'uso. La Figura 1 (a) mostra l'effetto migliorato dell'impedenza dopo che più condensatori con caratteristiche diverse sono collegati in parallelo. Non è difficile comprendere attraverso l’analisi l’importanza di questa regola di impaginazione. La Figura 1 (b) mostra i diversi metodi di cablaggio dall'alimentazione in ingresso (VIN) al carico (RL) su un PCB. Per ridurre l'ESL del condensatore del filtro (C), la lunghezza del cavo del pin del condensatore dovrebbe essere ridotta al minimo possibile, mentre il percorso da VIN positivo a RL e da VIN negativo a RL dovrebbe essere il più vicino possibile.
