Como escolher reguladores para design de PCB

A menos que você esteja trabalhando com um sistema puramente AC, seu PCB precisará receber uma tensão DC estável para operar corretamente. Um circuito regulador de tensão fornece a tensão DC necessária com magnitude fixa, mesmo que a tensão de entrada (linha) ou a corrente de saída (carga) mudem. Alguns circuitos são mais sensíveis a flutuações de tensão do que outros, e algumas linhas de energia são mais ruidosas do que outras. Qualquer designer deve entender como escolher o regulador de tensão certo para sua placa. Vamos dar uma olhada nos diferentes tipos de reguladores DC e passar por alguns fatores a considerar ao selecionar um regulador de tensão.

Parâmetros importantes para escolher reguladores

Uma pergunta que frequentemente vejo em fóruns é como escolher um regulador de tensão para diferentes aplicações. Não há uma única resposta para essa pergunta. Você deve considerar as seguintes características ao procurar um regulador de tensão; observe que esses aspectos se aplicam tanto a reguladores lineares quanto a reguladores chaveados:

Tensão de saída

Se você precisar de um regulador step-up, então terá que usar um regulador chaveado em configuração boost. Se você estiver usando múltiplas fontes em um sistema, normalmente um regulador é usado para cada fonte. Reguladores geralmente fornecem uma tensão de saída fixa, embora existam alguns reguladores disponíveis no mercado que você pode usar com algumas configurações ajustáveis.

Eficiência vs. Ruído

Reguladores chaveados fornecem maior eficiência do que reguladores lineares, mas geram mais ruído. Ruído eletrônico desnecessário pode interferir com outros circuitos quando o regulador fornece uma alta corrente. Se você deseja que seu produto chegue ao mercado, pode ser mais difícil receber a certificação EMC. Se outros circuitos na sua placa forem sensíveis (por exemplo, componentes puramente analógicos), então é melhor escolher um regulador linear.

Selecionar um regulador com altas perdas de potência pode tornar quase impossível atingir metas de eficiência. Reguladores lineares são menos ruidosos, mas são muito ineficientes (exceto LDO), o que significa que parte da energia é convertida em calor. Se o seu regulador operar com alta corrente, você deve incluir dissipadores de calor na placa. Se você não tiver espaço na placa para um dissipador de calor ou se a dissipação de potência for uma preocupação, então um regulador chaveado pode ser uma opção melhor.

Resposta transitória

Quando a corrente de saída muda rapidamente, há um pequeno pico na saída. O regulador de tensão leva algum tempo antes de voltar à mesma tensão. Isso é chamado de resposta transitória. A resposta transitória geralmente é uma função da capacitância de saída e da corrente de carga. Uma resposta transitória rápida garante que o regulador possa fornecer a potência necessária. Verifique as folhas de dados dos seus componentes e procure o capacitor de bypass recomendado que você deve incluir na saída do regulador.

Layout de Cada Bloco de Circuito

Agora que podemos ver a arquitetura geral do sistema, podemos ter uma noção de como layoutar cada bloco de circuito em uma fonte de alimentação chaveada e o sistema geral para garantir baixa EMI e segurança. Pense no diagrama de blocos inteiro ao criar seu layout de PCB:

Layout em seções: Assim como outras placas com múltiplos blocos funcionais, tente layoutar a placa de fonte de alimentação em seções. Não há problema em fazer isso de forma linear, progredindo da entrada para a saída no diagrama de blocos.

Planeje o layout com feedback: Às vezes, como em reguladores de alta corrente de precisão, você terá algum feedback entre as seções. Use optoacopladores para fazer a ponte entre o gap de terra entre cada seção.

Siga os caminhos de retorno de terra: Se há alguma diretriz que é universal no design de PCB, provavelmente é “siga seu caminho de retorno de terra.” Para fontes de alimentação, isso é crítico para identificar locais onde correntes de modo comum podem se desenvolver e para garantir baixa indutância de loop em cada seção de fornecimento.

Preste atenção aos trilhos de alta corrente e alta tensão: Projetar para alta tensão e alta corrente às vezes se mistura. A diferença de potencial máxima entre dois condutores determinará seu espaçamento mínimo (veja IPC-2221), e a corrente que um condutor transporta determinará sua largura necessária para garantir baixa temperatura (veja IPC-2152 para camadas internas ou externas).

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