РадиоЛоцман - Все об электронике

Рекомендации по размещению дросселя на печатной плате импульсного источника питания

Analog Devices ADP2360

Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2019

Frederik Dostal, Analog Devices

Analog Dialogue

Вопрос:

Где должна находиться катушка?

Ответ:

В импульсных регуляторах преобразователей напряжения для временного хранения энергии используются дроссели. Эти дроссели, часто имеющие большие размеры, должны быть размещены на печатной плате импульсного регулятора. Эта задача не очень сложна, поскольку ток через дроссель хоть и может меняться, но не мгновенно. Он может быть только непрерывным и, как правило, изменяющимся относительно медленно.

Рекомендации по размещению дросселя на печатной плате импульсного источника питания

Импульсные регуляторы переключают ток в одном и другом направлении между двумя различными путями. Эти переключения происходят очень быстро, и их скорость зависит от длительности фронтов коммутирующих импульсов. Цепи, образованные проводниками печатной платы, которые проводят ток в одном состоянии коммутации и не проводят в другом, называются горячими контурами или путями переменного тока. Чтобы минимизировать паразитные индуктивности этих контуров, их надо разводить на печатной плате как можно более короткими проводниками. Паразитные индуктивности печатных проводников приводят к нежелательному смещению напряжения и создают электромагнитные помехи.

На Рисунке 1 показан понижающий регулятор, в котором критический горячий контур обведен пунктирной линией. Видно, что катушка L1 в этот контур не попадает. Таким образом, можно предположить, что размещение этого дросселя не является критичным. Нормально, чтобы дроссель располагается вне горячего контура, поэтому искать на плате место для дросселя нужно во вторую очередь. Тем не менее, следует соблюдать несколько правил.

На этой схеме изображен базовый преобразователь напряжение-частота.
Рисунок 1. Импульсный регулятор для понижающего преобразователя
с критическим горячим контуром, показанным пунктирной линией.

Никакие чувствительные проводники линий управления не должны проходить под дросселем – ни прямо на верхней стороне печатной платы, ни ниже, во внутренних слоях или на обратной стороне платы. Протекающий через катушку ток создает магнитное поле, которое может влиять на слабые сигналы на пути их прохождения. В импульсном регуляторе одним из критических путей прохождения сигнала является цепь обратной связи, соединяющая выходное напряжение с микросхемой импульсного преобразователя или с делителем напряжения.

Следует также отметить, что реальная катушка обладает не только индуктивным, но и емкостным эффектом. Обмотка катушки напрямую подключена к коммутационному узлу понижающего импульсного регулятора, как показано на Рисунке 1. В результате напряжение на ней изменяется так же резко и быстро, как и напряжение коммутационного узла. При очень малых временах переключения и высоких входных напряжениях в схеме значительный эффект емкостной связи оказывает существенное влияние на другие проводники печатной платы. Это еще одна причина, по которой чувствительные проводники должны располагаться вдали от катушки.

На Рисунке 2 показан пример разводки для микросхемы ADP2360. Важный горячий контур из Рисунка 1 здесь обозначен зеленым цветом. Видно, что желтый проводник, соединяющий цепь обратной связи, находится в стороне от катушки L1. Он проведен во внутреннем слое печатной платы.

Пример размещения катушки на печатной плате схемы с микросхемой понижающего преобразователя ADP2360.
Рисунок 2. Пример размещения катушки на печатной плате схемы
с микросхемой понижающего преобразователя ADP2360.

Некоторые разработчики схем предпочитают, чтобы под катушкой на печатной плате вообще не было какой-либо меди. Поэтому они делают под дросселем вырезы в полигоне, даже если это полигон земли. Их цель состоит в том, чтобы предотвратить возникновение вихревых токов в слое заземления под катушкой, наводимых ее магнитным полем. Такой подход нельзя назвать неправильным, но есть аргументы в пользу сплошного слоя земли без вырезов:

  • Экранирующий земляной слой работает лучше всего, когда он не имеет разрывов.
  • Чем больше меди на печатной плате, тем лучше рассеивание тепла.
  • Даже если возникают вихревые токи, эти токи протекают локально, приводя лишь к небольшим потерям, и вряд ли влияют на функцию заземления.

Таким образом, я за сплошной слой заземления, даже под катушкой.

Подводя итог, мы можем заключить, что катушка импульсного регулятора не является частью критического горячего контура, но целесообразно не размещать печатные проводники цепей управления под катушкой или очень близко к ней. Слои питания и земли на печатной плате могут создаваться непрерывными, не имеющими вырезов.

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices ADP2360

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Guidelines for Placing the Inductor on a Switch Mode Power Supply Printed Circuit Board

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

ADP2360 Купить ЦенаКупить ADP2360 на РадиоЛоцман.Цены — от 114 до 4 371
EVAL BOARD FOR ADP2360
Элитан
Россия
ADP2360ACPZ-5.0
Analog Devices
114 ₽
T-electron
Россия и страны СНГ
ADP2360CP-EVALZ
Analog Devices
4 371 ₽
ДКО Электронщик
Россия
ADP2360ACPZ-R7
Analog Devices
по запросу
Зенер
Россия и страны ТС
ADP2360CP-EVALZ
Analog Devices
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя