Critique de conception de PCB SMPS

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Ceci est ma disposition repensée. Quelle est encore votre opinion?

10-32V à 5V 1.2A Conception de régulateur Buck SMPS. Le CI est IFX91041 d'Infineon.

Voici les schémas et les dispositions: http://www.mediafire.com/?69e66eje7vda1

(On m'a donné une surface de 45 cm² (~ 6,98 pouces²) pour 5v 1.2A et 35V 4A.)

Je suis d'accord avec les autres réponses ici, mais je pensais que cela pourrait aider:

J'ai dessiné les 2 boucles haute fréquence / haute fréquence de commutation les plus préoccupantes dans cette conception.

Le vert montre la boucle de courant d'entrée avec les bouchons de découplage C7 / C18 fournissant la plupart du courant haute fréquence nécessaire. Cette boucle est très grande en raison d'une mauvaise conception du sol.

Le jaune montre la boucle de courant de sortie, elle est également très grande.

Le plus inquiétant est peut-être que les courants de retour de l'entrée et de la sortie vers le régulateur partagent un seul chemin de retour à la terre à travers la trace étroite quittant C17.

Votre objectif ultime ici est de minimiser la zone de boucle de ces deux boucles. Ce faisant, n'oubliez pas que les courants à haute fréquence, ceux qui sont la préoccupation EMI, suivront le chemin de moindre inductance à la terre, pas le chemin de moindre résistance.

Par exemple, j'ai dessiné ces chemins un peu plus loin pour plus de clarté, mais en réalité, les composants haute fréquence du chemin de retour à la terre pour le courant de sortie (jaune) essaieront de passer directement sous le chemin du courant d'entrée si cela est possible. Il est plus susceptible de se plier sous L2 au retour.

EDIT: mise à jour pour l'avion au sol complet.

Voici un dessin mis à jour des boucles actuelles pour votre nouvelle mise en page:

C'est beaucoup mieux, les retours au sol sont séparés pour plus de clarté mais le contenu haute fréquence se déplacera le long du plan du sol aussi près que possible directement sous les traces de puissance. J'ai ajouté le chemin de rétroaction en rose et une couleur plus claire indique le courant qui circule sur le plan du sol.

Quelques notes:

• Les chemins sont encore beaucoup plus longs qu'ils ne devraient l'être. La boucle de rétroaction est particulièrement longue et se déplacera sous le courant d'entrée. Cette entrée est à haute impédance, donc tout couplage inductif sur cette trace aura un impact relativement important sur la précision de votre régulation. Vous traversez à près de 90 degrés, ce qui réduit le couplage, mais les courants de terre ne le font pas et sont un problème pour d'autres raisons (voir ci-dessous).

• La trace de puissance d'entrée traverse une division dans le plan de masse où la trace de la boucle de rétroaction s'exécute. Jamais, jamais, traversez une scission sur un plan de masse ou de puissance sur une couche adjacente avec une trace qui a une chance de transporter des hautes fréquences (ce qui signifie vraiment n'importe quelle trace). Cela crée une boucle rayonnante comme indiqué par le chemin de retour vert clair. Le résultat final est un gros problème EMI.

• Je ne sais pas si c'est le résultat de l'exportation au format PDF ou quoi, mais vous semblez avoir beaucoup de vias qui auront des problèmes de dédouanement. Ils sont trop proches les uns des autres et trop proches des pads des composants. Même avec un masque de soudure sur les vias, le jeu du masque de soudure sur les plots semble exposer certains des vias provoquant des problèmes de soudure si vous utilisez la refusion. Les vias près de D1, par exemple, seront presque certainement exposés et lorsque la carte est refondue, le via aspire toute la soudure du tampon, laissant D1 non soudé ou très mal soudé.

• Certains vias n'apparaissent pas non plus sur les deux calques, comme ceux sous U1.

Ce que je ferais:

Configurez la vérification des règles de conception de votre logiciel de conception de PCB avec les dégagements requis par votre fabricant de PCB. Cela vous alertera des problèmes avec les problèmes de dégagement des masques via-via, via-pad et via-soudure.

Déchirez la conception et recommencez avec le placement des composants en sachant que vous avez maintenant un plan de masse solide. Concentrez-vous sur la réduction de la longueur des chemins critiques et utilisez autant de cuivre que possible pour ces chemins (sauf la boucle de rétroaction, son faible courant). Si l'espace / la disposition le permet, un déversement de sol sur la surface n'est pas une mauvaise idée, assurez-vous simplement de pouvoir le faire correctement. (pas de cuivre orphelin, bien couplé au plan de masse)

Modifier 2:

Je ne sais pas si vous l'avez déjà, mais voici les notes de conception / application de référence d'infineon pour une carte à 2 couches utilisant un plan de masse solide en bas. Ils utilisent une trace FB assez longue mais la gardent bien à l'écart des boucles dangereuses.

Il y a deux boucles de commutation à courant élevé dans ce (et la plupart des autres conceptions SMPS) dont vous devez prendre soin pour une efficacité suffisante et un faible bruit EMI.

1. Broche8 - C9 - GND

   Cette boucle devra couvrir votre puissance d'entrée.

   Pour garder la boucle elle-même plus petite, connectez la terre des condensateurs au drapeau de terre de votre régulateur, tournez simplement C9 à 90 ° CCW.

   Ce qui me manque dans votre conception, c'est un petit mais rapide condensateur, comme un condensateur en céramique 100-220nF. Connectez-le très près du régulateur IC.

2. Broche 6 - L2 - C13

   Ce sera votre boucle de sortie.

   Déplacez C13 et C17 vers le bas, connectez leurs motifs à la table de sol du CI (utilisez un joli grand remplissage polygonal pour cela.

   Ajoutez à nouveau un petit condensateur en céramique.

   Faire pivoter L2 de 180 ° crée une belle connexion de grande taille (encore une fois, un remplissage polygonal serait le meilleur) vers C13, C17 et l'IC.

   Faites pivoter D2 de 90 ° et placez-le entre L2 et l'IC., Connectez-le au polygone et à la table au sol.

En général:

1. Utilisez des traces larges ou des remplissages polygonaux pour toutes les traces avec des courants de commutation élevés.
2. Utilisez un plan de sol si possible, cela réduira le bruit et aidera également à éloigner la chaleur de votre circuit intégré.

J'utiliserais la version à tension de sortie réglable de la pièce plutôt que la pièce 5v. Mais même si la version 5v est utilisée, vous devez inclure le diviseur de tension de rétroaction (utilisez simplement une résistance zéro ohm pour le côté haut et n'installez pas la résistance côté bas). Cela vous donnera plus de flexibilité à long terme, au cas où vous auriez besoin d'une tension différente.

En général, vos traces ne sont pas assez larges. Le plus critique sera la trace de C9 à U1.7-8, tout ce qui est connecté à U1.6, L2 à C17 / C13 et GND entre U1 et partout. Ce sont les réseaux qui auront beaucoup de courants de commutation et vous voulez vous assurer qu'ils sont courts et larges.

U1 pourrait dissiper de la chaleur, et la connexion que vous avez au pad GND en bas de la pièce ne suffira pas. Vous devez augmenter la taille du plan GND sur le côté supérieur du PCB. Pour ce faire, déplacez R1 et C1 afin que le plan GND puisse s'étendre sous la puce.

C'est difficile à dire, mais je ne pense pas que vous ayez GND connecté entre la moitié supérieure et inférieure du circuit. Vous devriez vraiment avoir un seul plan de masse solide sous l'ensemble du PCB et ne pas essayer de faire quoi que ce soit de fantaisiste pour isoler les différentes sections. (Exception: vous voulez toujours que le plan GND refroidisse U1, utilisez simplement des vias pour lier ce plan au plan GND global.)

Conclusion: traces plus épaisses, meilleur refroidissement, beaucoup de GND.

Edit: Voici mes commentaires pour Rev B ...

Le fond doit être un plan GND complet. Pas divisé en deux moitiés. Ceci est essentiel et ne doit pas être ignoré.

Lorsque cela est possible, ne disposez pas de traces GND sur la couche supérieure - c'est à cela que sert le plan GND. Cela est particulièrement vrai pour le GND entre J1, D1 et C17.

De plus, la trace GND vers C8 rend ce bouchon complètement inutile. L'inductance de trace va être énorme. Utilisez plutôt deux vias pour le plan GND directement au niveau du capuchon. C8 devrait probablement être situé à côté de C9.

Les traces reliant la moitié supérieure et inférieure du circuit sont bien trop minces. Double ou triple. Ou mieux encore, utilisez un plan / forme / remplissage / autre en cuivre.

La trace unique sur le côté inférieur (de C17 à U1) doit être redirigée de sorte qu'elle se trouve principalement sur le dessus du PCB. Cela aidera à garder l'avion GND sur le fond plus intact et moins susceptible de faire de mauvaises choses.

C'est difficile à dire à partir de vos photos, mais vous pourriez avoir besoin de plus de vias du pad / plan GND sur U1 au plan GND sur la couche inférieure. Il est bon de transmettre davantage de chaleur à la couche inférieure.

Le plan GND sur la couche supérieure qui est connectée à D2 et passe sous L2 a besoin de plus de vias vers le plan GND au bas du PCB. Mettez au moins 2 vias sous L2, et peut-être un tiers dans le coin inférieur droit.