Crítico de diseño de PCB de SMPS

Estoy de acuerdo con las otras respuestas aquí, pero pensé que esto podría ayudar:

Hedibujadolos2buclesdefrecuenciadeconmutacióndealtacorriente/altademayorpreocupaciónenestediseño.

ElcolorverdemuestraelbucledecorrientedeentradaconloslímitesdedesacoplamientoC7/C18queobtienenlamayorpartedelacorrientedealtafrecuencianecesaria.Estebucleesmuygrandedebidoalmaldiseñodelterreno.

Elamarillomuestraelbucledecorrientedesalida,tambiénesmuygrande.

QuizáslomáspreocupanteesquelascorrientesderetornodelaentradaylasalidaalreguladorcompartenunaúnicarutaderetornoatierraatravésdelatrazaestrechaquesaledeC17.

Suobjetivofinalaquíesminimizareláreadebucledeambosbucles.Alhacerlo,recuerdequelascorrientesdealtafrecuencia,aquellasquesonlapreocupacióndelaEMI,seguiránelcaminodemenorinductanciaatierra,noelcaminodemenorresistencia.

Porejemplo,hetrazadoestoscaminosunpocoanchosparamayorclaridad,peroenrealidadloscomponentesdealtafrecuenciadelcaminoderetornoatierraparalacorrientedesalida(amarillo)tratarándeviajardirectamentebajoelcaminodelacorrientedeentrada,siesposible.EsmásprobablequeseinclinepordebajodeL2ensucaminoderegreso.

EDIT:actualizaciónparaelplanodetierracompleto.

Aquíhayundibujoactualizadodelosbuclesactualesparasunuevodiseño:

Esto es mucho mejor, los resultados en tierra se separan para mayor claridad, pero el contenido de alta frecuencia viajará a lo largo del plano de tierra lo más cerca posible directamente de las trazas de potencia. Agregué la ruta de retroalimentación en color rosa y el color más claro denota el desplazamiento actual en el plano de tierra.

Algunas notas:

• Las rutas siguen siendo mucho más largas de lo que deben ser. El circuito de retroalimentación es especialmente largo y viajará bajo la corriente de entrada. Esta entrada es de alta impedancia, por lo que cualquier acoplamiento inductivo en esta traza tendrá un impacto relativamente grande en la precisión de su regulación. Usted cruza a casi 90 grados, lo que reduce el acoplamiento pero las corrientes de tierra no lo hacen y son un problema por otras razones (ver más abajo).

• La traza de potencia de entrada cruza una división en el plano del suelo donde se ejecuta la traza para el bucle de realimentación. Nunca, nunca, cruce una división en un plano de tierra o de potencia en una capa adyacente con una traza que tenga alguna posibilidad de transportar altas frecuencias (lo que significa que cualquier traza en realidad). Esto crea un bucle radiante como lo indica la ruta de retorno verde claro. El resultado final es un gran problema de EMI.

• No sé si es el resultado de la exportación a pdf o qué, pero parece que tienes muchos cambios de dirección que tendrán problemas de limpieza. Están demasiado juntos y demasiado cerca de las almohadillas de los componentes. Incluso con máscara de soldadura sobre las vías, el espacio de la máscara de soldadura en las almohadillas parece que expondrá algunas de las vías que causan problemas de soldadura si utiliza reflujo. Las vías cerca de D1, por ejemplo, casi con seguridad estarán expuestas y cuando la placa se reaparezca, la vía succionará toda la soldadura de la almohadilla, dejando a D1 sin soldar o con muy poca soldadura.

• Algunas vías tampoco aparecen en ambas capas, como las de U1.

Lo que haría:

Configure las reglas de diseño del software de diseño de su PCB con las autorizaciones que requiera su fabricante de PCB. Esto lo alertará sobre problemas con el despeje de máscaras de via via, via-pad y via-solder mask.

Arranque el diseño y comience de nuevo con la colocación de componentes sabiendo que ahora tiene un plano de tierra firme. Concéntrese en minimizar la longitud de las rutas críticas y use la mayor cantidad de cobre posible para estas rutas (barra del circuito de retroalimentación, su baja corriente). Si el espacio / diseño lo permite, un vertido en la superficie no es una mala idea, solo asegúrate de que puedas hacerlo correctamente. (sin cobre huérfano, bien acoplado al plano de tierra)

Edición 2:

No estoy seguro si ya tienes esto pero aquí está el diseño de referencia / notas de aplicación de infineon para un tablero de 2 capas utilizando un plano de tierra firme en la parte inferior. Utilizan un rastro de FB bastante largo, pero lo mantienen bien alejado de los bucles peligrosos.

Hay dos bucles de conmutación de alta corriente en este (y en la mayoría de los otros diseños de SMPS) que debe cuidar para lograr una eficiencia suficiente y un bajo ruido EMI.

1. Pin8 - C9 - GND

   Este bucle tendrá que cubrir tu potencia de entrada.

   Para mantener más pequeño el circuito, conecte a tierra los condensadores a la base de su regulador, simplemente gire C9 90 ° CCW.

   Lo que me falta en tu diseño es un condensador pequeño pero rápido, como un condensador cerámico de 100-220nF. Conéctelo muy cerca del IC regulador.

2. Pin 6 - L2 - C13

   Este será tu bucle de salida.

   Mueva C13 y C17 a la parte inferior, conecte sus bases a la base del IC (use un relleno de polígono grande y agradable para eso.

   Vuelva a agregar un pequeño capacitor de cerámica.

   Rotate L2 180 ° hace una buena conexión grande (una vez más, un relleno de polígono sería el mejor) a C13, C17 y el IC.

   Gire D2 90 ° y colóquelo entre L2 y el IC. Conéctelo al polígono y la tabla de tierra.

En general:

1. Use trazas WIDE o rellenos de polígonos para todas las trazas con altas corrientes de conmutación.
2. Use un plano de tierra si es posible, reducirá el ruido y también ayudará a conducir el calor lejos de su IC.

Yo usaría la versión de voltaje de salida ajustable de la parte en lugar de la parte de 5v. Pero incluso si se usa la versión 5v, debe incluir el divisor de voltaje de realimentación (solo use una resistencia de cero ohmios para el lado alto y no instale la resistencia del lado bajo). Esto le dará más flexibilidad a largo plazo, en caso de que necesite un voltaje diferente.

En general, tus huellas no son lo suficientemente amplias. Lo más crítico será la traza de C9 a U1.7-8, cualquier cosa conectada a U1.6, L2 a C17 / C13 y GND entre U1 y en todas partes. Estas son las redes que tendrán muchas corrientes de conmutación y usted quiere asegurarse de que sean cortas y anchas.

U1 podría estar disipando algo de calor, y la conexión que tiene con el pad GND en la parte inferior de la parte no será suficiente. Debe aumentar el tamaño del plano GND en la parte superior de la PCB. Haga esto moviendo R1 y amp; C1 para que el plano GND pueda expandirse desde debajo del chip.

Es difícil decirlo, pero no creo que tengas GND conectada entre la mitad superior e inferior del circuito. Debería tener un plano de tierra sólida debajo de toda la PCB y no intentar hacer nada sofisticado para aislar las diferentes secciones. (Excepción: aún desea que el plano GND enfríe U1, solo use vias para vincular ese plano con el plano GND general).

Conclusión: trazas más gruesas, mejor refrigeración, mucha GND.

Editar: Aquí están mis comentarios para la Rev B ...

La parte inferior debe ser un plano GND completo. No se divide en dos partes. Esto es crítico y no debe ser ignorado.

Cuando sea posible, no tenga rastros de GND en la capa superior: para eso es el plano GND. Esto es especialmente cierto para la GND entre J1, D1 y C17.

Además, la traza de GND a C8 hace que ese límite sea completamente inútil. La inductancia del rastro va a ser enorme. En su lugar, use un par de vías para el plano GND directamente en la tapa. C8 probablemente debería estar ubicado al lado de C9.

Las trazas que unen la mitad superior e inferior del circuito son demasiado delgadas. Doblarlos o triplicarlos. O mejor aún, use un plano de cobre / forma / relleno / lo que sea.

La traza única en el lado inferior (de C17 a U1) se debe redireccionar para que se encuentre principalmente en la parte superior de la PCB. Esto ayudará a mantener el plano GND en el fondo más intacto y menos propenso a hacer cosas malas.

Es difícil distinguirlo de sus imágenes, pero es posible que necesite más vías desde el pad / plano GND en U1 al plano GND en la capa inferior. Obtener más calor de la capa inferior es bueno.

El plano GND en la capa superior que está conectado a D2 y que pasa por debajo de L2 necesita más vías para el plano GND en la parte inferior de la PCB. Coloque al menos 2 vías debajo de L2, y tal vez un tercero en la esquina inferior derecha.