Wie man Regler für das PCB-Design auswählt
Es sei denn, Sie arbeiten mit einem reinem AC-System, Ihr PCB benötigt eine stabile DC-Spannung, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Eine Spannungsreglerschaltung liefert die notwendige DC-Spannung mit fester Größe, auch wenn sich die Eingangsspannung (Leitung) oder der Ausgangsstrom (Last) ändert. Einige Schaltungen sind empfindlicher gegenüber Spannungsschwankungen als andere, und einige Stromleitungen sind störanfälliger als andere. Jeder Designer sollte verstehen, wie man den richtigen Spannungsregler für seine Platine auswählt. Werfen wir einen Blick auf die verschiedenen Arten von DC-Reglern und gehen wir einige Faktoren durch, die bei der Auswahl eines Spannungsreglers zu berücksichtigen sind.
Wichtige Parameter zur Auswahl von Reglern
Eine Frage, die ich oft in Foren sehe, ist, wie man einen Spannungsregler für verschiedene Anwendungen auswählt. Es gibt keine einfache Antwort auf diese Frage. Sie sollten die folgenden Merkmale berücksichtigen, wenn Sie nach einem Spannungsregler suchen; beachten Sie, dass diese Aspekte sowohl für lineare als auch für Schaltregler gelten:
Ausgangsspannung
Wenn Sie einen Step-up-Regler benötigen, müssen Sie einen Schaltregler in Boost-Konfiguration verwenden. Wenn Sie mehrere Versorgungen in einem System verwenden, wird typischerweise ein Regler für jede Versorgung verwendet. Regler liefern normalerweise eine feste Ausgangsspannung, obwohl es einige Regler auf dem Markt gibt, die Sie mit einigen einstellbaren Einstellungen verwenden können.
Effizienz vs. Rauschen
Schaltregler bieten eine höhere Effizienz als lineare Regler, erzeugen jedoch mehr Rauschen. Unnötiges elektronisches Rauschen kann andere Schaltungen stören, wenn der Regler einen hohen Strom ausgibt. Wenn Ihr Produkt auf den Markt kommen soll, kann es schwieriger sein, eine EMV-Zertifizierung zu erhalten. Wenn andere Schaltungen auf Ihrer Platine empfindlich sind (z. B. rein analoge Komponenten), ist es besser, einen linearen Regler zu wählen.
Die Auswahl eines Reglers mit hohen Leistungsverlusten kann es nahezu unmöglich machen, Effizienzziele zu erreichen. Lineare Regler sind weniger störanfällig, aber sie sind sehr ineffizient (außer LDO), was bedeutet, dass ein Teil der Leistung in Wärme umgewandelt wird. Wenn Ihr Regler mit einem hohen Strom betrieben wird, sollten Sie Kühlkörper auf der Platine anbringen. Wenn Sie keinen Platz auf der Platine für einen Kühlkörper haben oder wenn die Leistungsabgabe ein Problem darstellt, könnte ein Schaltregler die bessere Option sein.
Transientenverhalten
Wenn sich der Ausgangsstrom schnell ändert, gibt es einen kleinen Ausschlag im Ausgang. Der Spannungsregler benötigt einige Zeit, bevor er wieder auf die gleiche Spannung umschaltet. Dies wird als Transientenverhalten bezeichnet. Das Transientenverhalten ist normalerweise eine Funktion der Ausgangskapazität und des Laststroms. Eine schnelle Transientenreaktion stellt sicher, dass der Regler die erforderliche Leistung liefern kann. Überprüfen Sie die Datenblätter Ihrer Komponenten und suchen Sie nach dem empfohlenen Bypass-Kondensator, den Sie am Ausgang des Reglers anbringen sollten.
Layout jedes Schaltungsblocks
Da wir nun die Gesamtarchitektur des Systems sehen können, können wir uns ein Bild davon machen, wie jeder Schaltungsblock in einem Schaltnetzteil und das gesamte System so gestaltet werden kann, dass niedrige EMI und Sicherheit gewährleistet sind. Denken Sie an das gesamte Blockdiagramm, wenn Sie Ihr PCB-Layout erstellen:
Layout in Abschnitten: Ähnlich wie bei anderen Platinen mit mehreren Funktionsblöcken versuchen Sie, die Stromversorgungsplatine in Abschnitten zu gestalten. Es ist in Ordnung, dies in linearer Weise vom Eingang zum Ausgang im Blockdiagramm zu tun.
Planen Sie das Layout mit Feedback: Manchmal, wie bei präzisen Hochstromreglern, gibt es ein Feedback zwischen den Abschnitten. Verwenden Sie Optokoppler, um die Erdungslücke zwischen den einzelnen Abschnitten zu überbrücken.
Befolgen Sie die Rückführungswege: Wenn es eine Richtlinie gibt, die im PCB-Design universell ist, dann wahrscheinlich „folgen Sie Ihrem Rückführungsweg“. Für Stromversorgungen ist dies entscheidend, um Orte zu identifizieren, an denen Gleichtaktströme entstehen können, und um eine niedrige Schleifeninduktivität in jedem Versorgungsabschnitt sicherzustellen.
Achten Sie auf Hochstrom- und Hochspannungsleitungen: Das Design für hohe Spannungen und hohe Ströme wird manchmal vermischt. Der maximale Potenzialunterschied zwischen zwei Leitern bestimmt ihren Mindestabstand (siehe IPC-2221), und der Strom, den ein Leiter führt, bestimmt seine erforderliche Breite, um eine niedrige Temperatur zu gewährleisten (siehe IPC-2152 für interne oder externe Schichten).
Versuchen Sie, Auspi zu kontaktieren, wenn Sie mehr Informationen oder Hilfe benötigen. Auspi im PCB-Design, PCB-Layout, PCB-Herstellung, PCB-Montage, Box-Build und Supply-Chain-Management seit 2003.
