Cómo elegir reguladores para el diseño de PCB
A menos que esté trabajando con un sistema puramente de CA, su PCB necesitará recibir un voltaje de CC estable para funcionar correctamente. Un circuito regulador de voltaje proporciona el voltaje de CC necesario con magnitud fija, incluso si el voltaje de entrada (línea) o la corriente de salida (carga) cambia. Algunos circuitos son más sensibles a las fluctuaciones de voltaje que otros, y algunas líneas de alimentación son más ruidosas que otras. Cualquier diseñador debe entender cómo elegir el regulador de voltaje adecuado para su placa. Veamos los diferentes tipos de reguladores de CC y analicemos algunos factores a considerar al seleccionar un regulador de voltaje.
Parámetros importantes para elegir reguladores
Una pregunta que a menudo veo en los foros es cómo elegir un regulador de voltaje para diferentes aplicaciones. No hay una única respuesta a esta pregunta. Debe considerar las siguientes características al buscar un regulador de voltaje; tenga en cuenta que estos aspectos se aplican tanto a reguladores lineales como conmutados:
Voltaje de salida
Si necesita un regulador elevador, entonces tendrá que usar un regulador conmutado en configuración de aumento. Si está utilizando múltiples fuentes en un sistema, generalmente se usa un regulador para cada fuente. Los reguladores generalmente suministran un voltaje de salida fijo, aunque hay algunos reguladores disponibles en el mercado que puede usar con algunos ajustes configurables.
Eficiencia vs. Ruido
Los reguladores conmutados proporcionan mayor eficiencia que los reguladores lineales, pero generan más ruido. El ruido electrónico innecesario puede interferir con otros circuitos cuando el regulador entrega una alta corriente. Si desea que su producto llegue al mercado, puede ser más difícil recibir la certificación EMC. Si otros circuitos en su placa son sensibles (por ejemplo, componentes puramente analógicos), entonces es mejor elegir un regulador lineal.
Seleccionar un regulador con altas pérdidas de potencia puede hacer que sea casi imposible cumplir con los objetivos de eficiencia. Los reguladores lineales son menos ruidosos, pero son muy ineficientes (excepto LDO), lo que significa que parte de la potencia se convierte en calor. Si su regulador funcionará a una alta corriente, debe incluir disipadores de calor en la placa. Si no tiene espacio en la placa para un disipador de calor o si la disipación de potencia es una preocupación, entonces un regulador conmutado podría ser una mejor opción.
Respuesta transitoria
Cuando la corriente de salida cambia rápidamente, hay un pequeño pico en la salida. El regulador de voltaje tarda un tiempo antes de volver al mismo voltaje. Esto se llama respuesta transitoria. La respuesta transitoria suele ser una función de la capacitancia de salida y la corriente de carga. Una respuesta transitoria rápida asegura que el regulador pueda entregar la potencia requerida. Revise las hojas de datos de sus componentes y busque el condensador de desacoplo recomendado que debe incluir en la salida del regulador.
Diseño de cada bloque de circuito
Ahora que podemos ver la arquitectura general del sistema, podemos tener una idea de cómo diseñar cada bloque de circuito en una fuente de alimentación conmutada y el sistema general para asegurar baja EMI y seguridad. Piense en el diagrama de bloques completo al crear su diseño de PCB:
Diseño en secciones: Al igual que otras placas con múltiples bloques funcionales, intente diseñar la placa de la fuente de alimentación en secciones. Está bien hacerlo de manera lineal, avanzando desde la entrada hasta la salida en el diagrama de bloques.
Planifique el diseño con retroalimentación: A veces, como en reguladores de alta corriente de precisión, tendrá algo de retroalimentación entre secciones. Use optoacopladores para cerrar la brecha de tierra entre cada sección.
Siga las rutas de retorno de tierra: Si hay alguna pauta que sea universal en el diseño de PCB, probablemente sea “siga su ruta de retorno de tierra”. Para las fuentes de alimentación, esto es crítico para identificar ubicaciones donde pueden desarrollarse corrientes de modo común y para asegurar baja inductancia de bucle en cada sección de suministro.
Preste atención a los rieles de alta corriente y alto voltaje: Diseñar para alto voltaje y alta corriente a veces se entremezcla. La diferencia de potencial máxima entre dos conductores determinará su espaciamiento mínimo (ver IPC-2221), y la corriente que un conductor lleva determinará su ancho requerido para asegurar baja temperatura (ver IPC-2152 para capas internas o externas).
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