Separando planos de tierra de alta y baja potencia

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Estoy diseñando un convertidor de CC a CC bidireccional para uso automotriz. Por lo tanto, hay algunas cosas de alta potencia que deben implementarse en la PCB. El diseño general es como tal:

Mipreguntaessidebosepararlosplanosdetierradealtapotenciaydebajapotencia.Siesasí,¿cómoharíaesto?¿Necesitanestarconectadosenalgúnlugar,asíquenoestoysegurodedóndeharíaeso?Porahoralotengoasí:

Asíquehaydosplanosdetierra'grandes',yunidosentresíenelcentroatravésdepistasmáspequeñas.¿Quitolaspistasymeconectoaotrapartecompletamente,ofuncionaría?

Además,agradeceríaenormementealgunosconsejosgeneralessobremidiseño,yaqueesteesmiprimerPCBytodavíanotengomuchaexperiencia.Larazóndetodoslospinesesporquesesuponequeestofuncionacomounaplacadeprueba.

Aquíestáelesquema:

    
pregunta Thomas Gerrits

2 respuestas

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Este tablero no funcionará ...

¡No hay condensadores en la entrada y salida de su DC-DC!

Vamos ... Considerando el enorme tamaño del inductor, y el hecho de que hay ACS711-25, es de al menos 10 amperios ... Por favor, por favor, por favor. Pegue una cantidad saludable de cerámica, además de algunos topes voluminosos de bajo ESR tanto en la entrada como en la salida.

Considera esto:

  • Q3 OFF, Q4 ON, I (L) = 5A
  • Q3 se enciende, Q4 se apaga
  • La corriente del inductor ahora debe ir a algún lugar (en la salida)
  • Sin embargo, no hay gorras. Esto significa que la corriente debe ir en la inductancia de los cables ...
  • L1 generará suficiente voltaje en la salida para forzar su corriente donde sea que deba ir.
  • Todos los componentes en la salida explotarán.

Ahora, diseño. Comenzaré con los controladores MOSFET.

Desea que los bucles actuales sean pequeños para garantizar un cambio rápido y limpio, sin sonar. Para el controlador U4 y los FET Q1 / Q2, los bucles son:

  • Encendido del segundo trimestre: GND-C15-U4.VCC-U4.BG-Q2.G-GND
  • Desactivación de Q2: GND-U4.GND-U4.BG - Q2.G-GND
  • Activación del primer trimestre: U4.TS-C14-U4.Boost-U4.TG-Q1.G-Q1.S-U4.TS
  • Desactivación del primer trimestre: U4.TS-U4.TG-Q1.G-Q1.S-U4.TS

También se debe optimizar el bucle de carga C14:

  • GND-C15-D1-C14-Q2-GND

Error de diseño: estos bucles son bastante largos y se ejecutan sobre divisiones en el plano de tierra. ¡Los controladores de puerta no son opamps analógicos sensibles! Puede ubicarlos cerca de los FET, con trazas cortas para la unidad de puerta ... ¡y optimizar la colocación de las tapas de desacoplamiento! (Veo una división en el plano GND entre sus tapas de desacoplamiento GND y la GND del chip) ...

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Su sensor de corriente de Hall está aislado, lo que significa que debe hacer referencia a su salida para indicar la conexión a tierra, no la tierra ruidosa. También verifique si necesita una tapa de desacoplamiento.

Además, su salida se centra en VCC / 2, que es su 3V3. Si este 3V3 es diferente del que se usa en el micro, tendrá un DC offset.

MCP604 no tiene entrada de riel a riel, lo que podría ser incompatible con el voltaje de salida ACS711.

¿Comprobó la disipación térmica del MOSFET?

Los FET de 80V parecen un poco altos para uso automotriz. ¿Quizás podría obtener un mejor RdsON * Qg con 40-60V FET?

No se puede encontrar la hoja de datos del diodo STPS2105.

Mire el C9-10-11-12-13, ¿por qué están agrupadas las tapas de desacoplamiento en una esquina del tablero, en lugar de acercarse a las fichas que se supone que deben desacoplar?

El esquema dice que U2 = LT1764EQ, que no es la parte 3V3. Además, ¿necesita grandes costosos LT LDO aquí?

La colocación de las vías de GND para los condensadores C3, C8 es ... uhhhh ... ¿hay incluso vías de GND?

Pero ... Este tipo de DC-DC es DIFÍCIL para arrancar. ¡Realmente este NO es el tipo de circuito que quieres hacer para tu primer PCB! Hay tantos errores aquí ... y cada vez que lo miro, encuentro más ... y es normal, ya que este es tu primer PCB, como dices.

No hay forma de que un principiante tenga éxito en este tipo de diseño. No estoy tratando de golpearte ni de insultarte, ¿de acuerdo? Pero te arriesgas a quemar toneladas de piezas, desperdicias una semana en frustración y probablemente no funcionará.

También existe el hecho de que esto está controlado por PWM, por lo que un error de software puede hacer que sus FET exploten. Y no eligió el paquete más fácil de desoldar ...

Le sugiero encarecidamente que busque ayuda de alguien calificado que pueda mirar por encima de su hombro y ayudarlo, esto evitará muchas molestias.

    
respondido por el peufeu
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Calcule algunos de los voltajes inducidos magnéticamente, particularmente de los bucles de alta corriente rápida, en los circuitos del servorregulador. Una combinación de Biot_Savart y Faraday Law Induction te da la capacidad de calcular el voltaje inducido en un bucle, dado un dI / dT & dB / dT de cable cercano.

Vinduce = [MUo * MUr * Área / 2 * pi * Distancia] * dI / dT

Supongamos que dI / dT es de 10 amps en 10 nanoSec, (interruptor FET muy rápido) en el cable del agresor. Suponga que el área de bucle vulnerable es 0.1 metros * 0.1 metros, ubicado a 0.1 metros del cable.

Vinduce es 4 * pi * 10 ^ -7H / m * 1 (aire) * 0.1m * 0.1m / (2 * pi * 0.1m) * 10 ^ + 9 amps / segundo Vinduce es 2e-7 * 0.1 * 1e + 9 = 2e-8 + 9 === 20 voltios. En tales campos magnéticos, particularmente en los bordes muy rápidos, el servosistema se destruye.

Piense en proteger los circuitos de servo de retroalimentación del regulador.

Por cierto, esta fuente de interferencia Hfield (campo magnético) está integrada en el GARGOYLE función de SignalChainExplorer, disponible en robustcircuitdesign.com

La intención es ayudar al diseñador del sistema integrado, a modelar todas las fuentes de error relevantes, evitando las sorpresas de los fenómenos que a menudo se ignoran.

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En un trabajo anterior, el Representante del Cliente me invitó a una llamada telefónica, donde el Cliente tuvo un problema de reducción de línea con nuestro silicio, que había utilizado con éxito durante una década. Algo había cambiado, y su controlador de velocidad del motor de 15,000 caballos de fuerza estaba fallando en el campo. En varias ubicaciones del Controlador PCB, varios de nuestros dispositivos de silicio fallaron. Pero no en todos los lugares.

Calculamos Vinduce = 2e-7 * 40mm * 40mm / 40mm * 2e9 amp / segundo

El PCB de control estaba a 40 mm de distancia del bus de 2,000 amperios, encendiéndose / apagándose en 1uS.

Vinduce = 2e-7 * 0.04 * 2e9 = 0.16 * 100 = SIXTEEN VOLTS

Hubo 16 voltios inducidos en el plano del suelo. Llámalo una corriente de Foucault. Ciertamente, se produjo alguna cancelación de Hfield.

Queja del cliente: tus partes fallan. Nuestra respuesta: ha movido la PCB demasiado cerca del bus de 2,000 amperios. Cliente: ayúdanos. Nuestra respuesta: colocar un escudo de aluminio entre PCB y Bus.

    
respondido por el analogsystemsrf

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