قوانین فنی و کاربردهای چیدمان PCB برای سوئیچینگ منابع تغذیه
امروزه به دلیل امواج الکترومغناطیسی تولید شده توسط سوئیچینگ منابع تغذیه که بر عملکرد عادی محصولات الکترونیکی آنها تأثیر می گذارد، فناوری چیدمان صحیح PCB برای منابع تغذیه اهمیت زیادی پیدا کرده است.
در بسیاری از موارد، یک منبع تغذیه کاملاً طراحی شده روی کاغذ ممکن است در حین اشکال زدایی اولیه به دلیل مشکلات زیادی در طرح PCB منبع تغذیه به درستی کار نکند. برای مثال، در نمودار شماتیک یک منبع تغذیه سوئیچینگ گام به گام در یک دستگاه الکترونیکی مصرفی، طراح باید بتواند بین اجزای مدار قدرت و اجزای موجود در مدار سیگنال کنترل در این نمودار مدار تمایز قائل شود. با این حال، اگر طراح با تمام اجزای این منبع تغذیه به گونهای رفتار کند که گویی قطعاتی در مدار دیجیتال هستند، مشکل میتواند کاملا جدی باشد. چیدمان PCB منبع تغذیه سوئیچ کاملاً متفاوت از PCB مدار دیجیتال است. در طرح مدار دیجیتال، بسیاری از تراشه های دیجیتال را می توان به طور خودکار از طریق نرم افزار PCB مرتب کرد و خطوط اتصال بین تراشه ها را می توان به طور خودکار از طریق نرم افزار PCB متصل کرد. منبع تغذیه سوئیچ تولید شده توسط حروفچینی خودکار قطعاً به درستی کار نخواهد کرد. بنابراین، طراحان باید به قوانین فنی چیدمان PCB صحیح برای سوئیچینگ منابع تغذیه تسلط داشته باشند و درک کنند.
قوانین فنی برای چیدمان PCB منبع تغذیه سوئیچینگ
ظرفیت خازن سرامیکی بای پس نباید خیلی زیاد باشد و اندوکتانس سری انگلی آن باید تا حد امکان به حداقل برسد. اتصال موازی چند خازن می تواند ویژگی های امپدانس فرکانس بالا خازن ها را بهبود بخشد
هنگامی که فرکانس کاری یک خازن کمتر از fo باشد، امپدانس خازنی Zc با افزایش فرکانس کاهش می یابد. هنگامی که فرکانس کاری خازن بالاتر از fo باشد، امپدانس خازنی Zc مانند امپدانس اندوکتانس می شود و با افزایش فرکانس افزایش می یابد. هنگامی که فرکانس کاری یک خازن به fo نزدیک می شود، امپدانس خازن برابر با مقاومت سری معادل آن (RESR) است.
خازن های الکترولیتی به طور کلی دارای یک خازن بزرگ و یک سلف سری معادل بزرگ هستند. به دلیل فرکانس رزونانس پایین آن، فقط برای فیلترهای فرکانس پایین قابل استفاده است. خازن های تانتالیومی عموما دارای ظرفیت خازنی بزرگتر و اندوکتانس سری معادل کمتری هستند، بنابراین فرکانس تشدید آنها بیشتر از خازن های الکترولیتی است و می توان از آنها در فیلترهای فرکانس متوسط تا بالا استفاده کرد. ظرفیت خازن و اندوکتانس سری معادل خازن های سرامیکی به طور کلی بسیار کوچک است، بنابراین فرکانس تشدید آنها بسیار بیشتر از خازن های الکترولیتی و خازن های تانتالیومی است، بنابراین می توان از آنها در فیلترهای فرکانس بالا و مدارهای بای پس استفاده کرد. با توجه به اینکه فرکانس رزونانس خازن های سرامیکی با ظرفیت کوچک نسبت به خازن های سرامیکی با ظرفیت بزرگ بیشتر است.
هنگام انتخاب خازن های بای پس، استفاده از خازن های سرامیکی با مقادیر خازن بالا توصیه نمی شود. به منظور بهبود ویژگی های فرکانس بالا خازن ها، می توان چندین خازن با ویژگی های مختلف را به صورت موازی برای استفاده متصل کرد. شکل 1 (الف) اثر امپدانس بهبود یافته را پس از اتصال موازی چندین خازن با ویژگی های مختلف نشان می دهد. درک اهمیت این قانون چیدمان از طریق تجزیه و تحلیل دشوار نیست. شکل 1 (ب) روش های مختلف سیم کشی را از توان ورودی (VIN) تا بار (RL) روی PCB نشان می دهد. به منظور کاهش ESL خازن فیلتر (C)، طول سرب پین خازن باید تا حد امکان به حداقل برسد، در حالی که مسیریابی از VIN مثبت به RL و از VIN منفی به RL باید تا حد امکان نزدیک باشد.
