DC güç tedarikine sağlam bir AC tasarlayın, mühendislere, karmaşık bir dizi zorlukla, şematik bir şemanın ötesine geçen sorunlarla tasarım yapın.Profüzücük olmayan bir şekilde, filtre ve düzenleyici, güvenilir, manufacturable ve uyumlu bir baskı devre kurulu (PCB), esnek bir şekilde tasarlanmış, esnek bir şekilde, doğrulanmış bir PCB tasarıma odaklanmaya odaklanan, sorunsuz bir şekilde tasarlanmış bir şekilde tasarıma odaklanabilir.

AC'nin DC Dönüşümüne ve Onların Layout Implikasyonlarına Temelleri

Belirli bir düzen hilelerine girmeden önce, AC'nin DC dönüştürücüsinde temel güç aşamalarını anlamak önemlidir.Her aşama PCB düzeni üzerinde ayrı kısıtlamalar getiriyor.

Yenidenleme ve Toplu Depolama

İlk aşama genellikle AC dalgaformunun tepesine doğru bir köprüyü geri yüklemektedir. Bu otobüs daha sonra büyük bir yığın veya LLC aşaması ile pürüzsüzleşir.Bu kapasitörin şarjı, yüksek çözünürlükte yüksek, dar akışlar yaratır.Rezervatorluktan elde etmek için, sabit bir yükleyiciye kadar fiziksel olarak kapatılabilir.

Isolation and Regulation Topologys

Çoğu çevrimdışı AC/DC malzeme, betonun, izlerin veya bileşenlerin her iki tarafında (MOSFET/kapı) ve ikincil yan (daha yüksek güç ve verimlilik için) belirli bir düzeni fiziksel olarak farklı ve netleştirmek gerekir.Reksiyonel bariyerler, ya da yüksek frekanslı akım döngüler birincil tarafta (MOSFET/kapı) ve ikincil yan (daha yüksek güç ve verimlilik için) kontrol edilebilir.

EMI Kontrol için EMI Kontrol Alanları

Elektromanyetik müdahale öncelikle yüksek frekanslı akımların döngülerde akmasına neden oluyor. Bir döngünün anten verimliliği alanı ile orantılıdır.Bu nedenle yüksek akımların fiziksel boyutunu azaltır, yüksek frekanslı geçiş döngüleri EMC uyumluluğu için en etkili tekniktir.

İlk Güç Paylaşımı

Ortak bir uç topolojide, en kritik döngü, giriş yığınağı içeriyor, dönüştürücünün birincil rüzgarı ve bu üç bileşeni birbirine bağlayan yol mümkün olduğunca kısa ve geniş olmalıdır.

  • [FONT:0) Özel bir bakır dökme kullanın:[Dönetici:[Dönetici:0) MOSFET'nin ve birincil rüzgar terminalinin doğrudan boşaltılması.
  • [FONT:0)Kapyaklar yakınlık:[Dönetici:[Dönetici:0)Köyüşçüler, yüksek çözünürlükte doğrudan bağlantıya bağlanırlar.
  • [FONT:0) Çok katmanlı bir yığınlama:[Döncüm: 4 katmanlı bir gemide, üst tabakada sağlam bir zemin düzlemle birincil döngüyü doğrudan tabakada 2'nin altında tutabilir, doğal bir geri dönüş yolunu ve bazı kalkanlamayı sağlar, ancak geri dönüş akımının dikkatli bir şekilde yönetilmesi gereklidir.

İkincil Onaylı

Dönüşümçünün ikincil tarafında, ikincil rüzgar içeren döngü, çıkış diyot (veya senkronizasyon MOSFET) ve çıkış filtresi aynı derecede kritiktir. diyot kaviminde yüksek frekanslı ringing, büyük bir radiated gürültü kaynağı olabilir.

  • [FONT:0]Snubber yerleştirme:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0))) Dökezleyen herhangi bir RC snubber'i doğrudan diferiğe doğru hareket ettirir.
  • [FONT:0) Düşük ESR kapasitörler:[Dönetici:[Dönetici:0) Düşük ESR kapasitörler:[Dönetici:0) Düşük ESR kapasitörler:[Dönetici:[Dönetici: · 1 ) Yüksek frekanslı yüksek frekanslı ısıtımı işlemek için diferansiyel enerji depolama için bir araya getirmek için çok küçük değerli, düşük çözünürlükte düşük çözünürlükte seramik kapasitörler kullanın.
  • [FONT=0)Kelvin bağlantıları:[Dönetici:[Dönetici: 0) Gürültüyü kontrol döngüsüne enjekte etmekten kaçınmanın uyarısını sağlamak için uyarı yolu ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı tutar.

Stratejik Kompiyon ve Termal Zoning

Kompozisyon, elektrik bağlantılarından daha fazla ısı ve müdahaleyi yönetmekle ilgilidir. AC/DC dönüştürücüler doğal olarak sıcak bileşenlere sahiptir (MOSFETs, diyots, dönüştürücüler) ve hassas bileşenler (kontrolcüler, geri bildirim ağları, tazminat devreleri).

Bir izolasyon kurmak için

İlk (hot) tarafı ve ikincil (güvenli) tarafı arasındaki fiziksel ayrım, gerekli ürpertici ve izinli mesafeleri korumak için stratejik olarak tanımlanır.Bu bariyer bakır, pedler ve izler. opto çiftçi ve güvenlikli Y kapasiteli köprü gibi öğeler bu bariyeri korumak için stratejik olarak onları stratejik olarak yerleştirin.

  • [FONT:0]Primary Side: [Dönderlik yüksek gerilimli yüksek kapak, birincil MOSFET, kontrolör IC, birincil rüzgar.
  • [FONT:0]İkinci Taraf: [Döntilmiş Çıktı diyot /SR, çıkış kapakları, gerilim referansı (TL431), ikincil rüzgar.
  • [FONT:0) Sürekli bölgeler: [Dönem: 1) bakır, izolasyon bariyerini ihlal eden iç katmanlarda doldurur veya izler yer almaz.

Heat Sources Yönetimi

Güvenilirlik doğrudan ısıya bağlıdır. Anahtarlı sıcaklık derasyon eğrilerinin ötesinde çalışan bileşenler prematüremeyecektir.

  • [FONT:0) Sıcak bileşenler ilk olarak:[Döneticiler:[Döneticiler) En sıcak bileşenleri yerleştirin - ana MOSFET ve çıkış diyotu gibi - yönetim kurulunun veya özel bir hava akışı yolundan uzak durun. Yüksek profilli sıcak bileşenlerin düşük profilli sıcak bileşenleri engellememesini sağlayın.
  • [FONT=0)Transformer sıcaklığı:[Dönetici:[Dönetici:0) Dönüşüm genellikle en büyük ısı kaynağıdır.Süresel ısı transferine uygun bir merkez pin ile bir bobbin kullanın.
  • [FONT:0)Electrolytic cleor yerleştirme: Alüminyum elektroliz kapasitörler ısıya duyarlıdır. Orta sıcaklıklarında her 10°C artışları için yaşam boyu yarılar onları en az 10mm uzakta tut, ısıtlar ve güç direnicileri.

Gürültü Immunity için temel teknikleri

Yer evrensel bir batak değildir; bir referans noktasıdır. AC/DC dönüştürücüler, zeminin yüksek akım güç aşaması ve düşük zamanlı kontrol aşaması arasındaki gürültüyü nasıl yönetdiğini nasıl idare eder.

Star Ground vs. Ground Plane

Katı bir zemin uçağı yüksek frekanslarda düşük bir boşluk için mükemmel olsa da, izole AC/DC tasarımında yönetmek zor olabilir, çünkü birincil ve ikincil nedenlerle ayrı kalmalıdır. birincil tarafta, bir yıldız zemin veya bölümlü zemin uçağı genellikle üstündür.

  • [FONT:0]Primary zemin:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici)[Dönetici: 0 )) Köprü retatöründen gelen yüksek akım yol, doğrudan ana MOSFET. Controller IC zeminin kaynağına ve yardımcı bir yanlı rüzgar geri dönüşler, bu noktaya aynı noktaya, kontrolden geçişin önlenmesi için özel bir iz bırakmalı.
  • [FONT:0]İkincilik zemin: [Dönemli: [Dönemli Geri bildirim ağının yüksek akım çıkış yolu ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı. gerilim referansı ve opto çiftr, yük noktasında veya çıkış noktasındaki "temiz" analog bir zemin noktaya bağlanmak zorundadır.

Kelvin Mevcut Yönetmelik için Cümle

Mevcut bir hister kullanarak birincil MOSFET'nin kaynak yolunda direnir, dirençin geri çekilmesi, mevcut olan herhangi bir gerilimin düşmesini sağlayacaktır.Testin anlamı pin bu ölçümü mahvediyor: doğrudan bir çift iz kontrol cihazına doğrudan kontrol cihazına ve zemin pinlerine yollayın, bu izlerdeki herhangi bir gerilimin düşmesini engeller.

Güvenlik, Cree page ve Clearance Distances

IEC 62368-1 gibi uluslararası güvenlik standartlarını karşılamak, ticari çevrimdışı güç malzemeleri için tartışılmaz. Bu standartlar birincil ve ikincil taraflar arasında da güvenli izolasyon sağlamak için gerekli minimum mesafeleri tanımlar.

Determining Required Distances

Gerekli ürpertici ( PCB yüzeyi boyunca mesafe) ve izin (hava yoluyla mesafe) çalışma gerilimi, kirliliği derecesine (PD2 veya PD3) ve izolasyon seviyesi (basic, çift veya takviye).

  • [FONT:0) 250VAC ana için:[Dönetici:[Dönetici:0) Hava yoluyla 6.0mm'ın bir tespiti ve PCB yüzeyinde 8.0mm'in ürperticisi gerekir.
  • [FONT:0]Slots:[[Dönetici:0)) Gerekirse, tahta büyüklüğüniz için çok büyük, PCB'de fiziksel bir slot (routed oluk) etkili ürpertici yolu artırmak için kullanılabilir.
  • [FONT:0) Inner katmanları:[[Dönetici bariyeri iç tabakalar dahil olmak üzere tüm PCB tabakalarında muhafaza edilmelidir.

Korumalı Bileşenler Korumak

Güvenlik, bileşen seçimi ve yerleştirme ile başlar. girdi, başlangıçtaki tüm bileşenlerin önünde yer almalıdır. AC hattına yerleştirilen bir metal oksit varistor (MOV) yüksek gerilim geçicileri ortadan kaldırdıktan sonra.

  • [FONT:0]Fuse derecelendirmesi:[Dönetici:[Dönetici:0) AC gerilimi için füzyonun derecelendirilmesi ve amaçlanan ana tedarik için uygun bir kesintiye sahip olması.
  • [FONT:0]Y-kap yerleştirme: [Dönetici: [Dönetici: 0,4] Y kapasiteli veya ortak mod gürültüsünü terk etmek için birincil ve ikincil zemini köprüler.

PCB Yüksek Gerilim ve Termal Performans için Malzeme Seçme

Standart FR-4, PCB materyallerinin işhorları, ancak AC/DC dönüştürücüler için önemli güç veya yüksek sıcaklıklarla ilgili kısıtlamalar ortaya çıkıyor. Standart FR-4 standart FR-4'ün çalışma saatleri 130-140C'dir.

Malzemelere Yükseltme Ne Zaman

  • [FONT=0) Yüksek-Tg FR-4 (10.5C+):[Döneticiniz sürekli sıcak, standart FR-4'ü çalıştıran yüksek ortam sıcaklıkları veya bileşenleri içeriyorsa, plakalı boşluklara yol açabilir (PTH) özellikle büyük transformatörler ve konektörlerde. Yüksek-Tg FR-4 maliyet-malzemesel yükseltmedir.
  • [FONT:0) ⁇ Davranışı: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSTRİYE: 0 ) Standart FR-4, zayıf bir termal iletkendir (~0.3 W/mK). PCB'ye bağlı devreler için, MOSFET veya diyotlardan ısınır, metal-core PCB (MCPCB) veya ısı ekleme gereklidir.
  • [FONT=0)CTI (Comparative Watch Index): [Dönetici uygulamaları için, laminatın CTI'sini düşünün. Yüksek CTI puanları (grup I) izleri arasındaki daha küçük ürpertici mesafeleri oluşturmalarına izin verir.

Gelişmiş Termal Yönetim Stratejileri

Katı yarı iletkenlerin yerlerine ısıyı verimli bir şekilde ortadan kaldırmak, PCB düzeninin birincil görevidir. Air, zayıf bir iletkendir; bakır ve satılan mükemmel iletkenlerdir.

Bakır Heatsinks ve Termal Vias

Yüzeyin en önemli MOSFET veya diyot kullanıldığında, üst tabakadaki büyük bakır ped birincil ısısink olarak hareket eder. Bu bakır alanı mümkün olduğunca büyük olmalıdır.

  • [FONT:0] ⁇ vias:[Döneticileri veya alt tarafa ısı transfer etmek için, bir dizi küçük termal vias (e.g., 0.3mm çapında) ile 0.6mm perde doğrudan ısıtın altında.
  • [FONT:0)Bottom yan soğu:[Döntgen: 1) Isının parçadan ayrılmasına izin vermek için, PCB'nin alt tarafında ısının parçalanması için büyük bir bakır dökmeye bağlanır.
  • [FONT:0] ⁇ rahatlamalar: [Dönetici: [Dönderlik: 0,3] Katı şoku önlemek için el katıklama veya dalga-soldering büyük pedler için gerekli olsa da, ısı direncini arttırırlar.

Heatsink Ata ve Interface Materials

Daha yüksek güç seviyeleri için, bir dış alüminyum veya bakır ısısink bir delik veya 380 paketi gereklidir.

  • [FONT:0] ⁇ Interface Material (TIM): Bir termal ped yerleştirin veya bileşen arasında ısıtılır ve hava boşluklarını doldurmak için ısıtılır.
  • [0]Zemin çevresinden hiçbir şey yok: [Döntme:0))) Büyük bakır dökme veya yüksek bileşenler doğrudan hava akışını kısıtlayabilir.
  • [FONT:0) Hava akışı yönü:[Dönem: 0:1] Gemi ve ısıtılırken doğal konveksiyon akışı ile uyumlu hale gelmek için (vertical) veya zorla hava akışı yönünde.

Üretim ve Test için Tasarım (DFMT)

Güvenilir bir tasarım, üretim için tutarlı olmalıdır.Sistem sırasında PCB kumaşatör ve montaj eviniz ile işlenme hataları azaltır ve verim geliştirir.

Assembly için Tasarım Kılavuzları

  • [FONT=0)Component Orient:[Dönetici:[Döneticiler, kapasitörler, konektörler) aynı yönde yanlış yerleştirme veya manuel montaj hatalarının riskini en aza indirmek için. net ipek ekran işaretlerini kullanın.
  • [[Düzücüler: 0)Test noktaları:[Dönderler:) Anahtar sinyalleri için açık etiketli test noktaları (Vout, birincil mevcut, geri bildirim gerilimi, giriş gerilimi). Bu hızlar kazma ve uyumluluk testi (EMC pre-scanning).
  • [FONT:0)Panel:[Dönetici:[Dönetici:) Kurul evinizin panelizasyon gerekliliklerini göz önünde bulundurun. Otomatik pick-and-place makineleri için araçlı işaretler ekleyin.
  • [FONT:0]Copper dengesi:[Dönetici] Gemideki dengesiz bakır dağılımı, yeniden akış satışı sırasında savaş sayfalarına neden olabilir. bakır tonlama veya bunun önlenmesi için dengeli bir düzen kullanın.

Güç malzemeleri için Protokolleri Test

Thorough testi tasarım seçimlerinizi doğrular ve kitlesel üretimden önce gizli konuları ortaya koyar.

  • [Dönetici:0)Merhaba-Pot (Dielektrik Gücü) Test: [Dönetici:0) Bir yüksek gerilim (örneğin, 3000-4000VAC) bozulmamış olması için izolasyon bariyeri boyunca.Bu durum, ürpertici / parlak mesafe ve dönüştürücü yalıtım yalıtım ısıtımı sağlar.
  • [FONT:0] ⁇ Görüntüleme:[Dönetici: [Döntgen: 0,3] Sağlama ve ısı kamera ile her bileşeninin ısıtılması. eğrileri aşan sıcak noktaları tanımlayın.
  • [FONT:0)EMI Pre-Compliance:[Dönetici: Bir spektrum analizci ve bir Line Impedance Stabilizasyon Ağı (LISN) tasarım sürecinde erken yapılan emisyonları ölçmek için, bir FCC veya CISPR sertifikasyon testinden çok daha ucuz.
  • [FONT:0)Burn-in Test: [Dönetici: [Dönetici: [Düzg:0)) Yüksek sıcaklık (örneğin, 60°C) ve 2448 saat boyunca erken yaşam başarısızlıklarını hızlandırmaya (infant ölümleri) yüksek bir yük.

Uzun Süreli Yeniden kullanılabilirlik için programlanabilir

Bir devrenin teorik performansı sadece kullanılan gerçek dünya bileşenleri kadar iyidir. AC/DC tedarikinde kritik bileşenler ilkeleri ve uygulama özel streslere dayanan dikkatli seçim gerektirir.

Capacitor Selection ve Deing

Capacitors genellikle güç tedarikinde başarısız olmak için en muhtemel bileşenlerdir.

  • [[Düzücük Elektrolitik: [DüzDÜT:1] En yüksek uygulanan gerilimin üzerinde en az 20-30% bir gerilim seviyesi seçin. hesaplanan strese karşı dalgalanmak için 105°C puanını kullanın.
  • [FONT=0)Multikat Seramik Capacitors (MLCC): [C0G: X7R ve X5R gibi yüksek elektrikler, DC yanlı gerilimi altında önemli kapasiteler kaybeder (% 80 oranında).
  • [FONT:0]Film Capacitors:[Döneticiler için [Döneticiler) ve kubber devreleri için, film kapasitörler çok istikrarlı performans ve yüksek hacimli mevcut kapasiteler sunar. yüksek gerilim AC hattı uygulamaları için MLCC'ler tercih edilir.

Yarı iletken seçimi

Güç yarı iletkenleri, sadece statik notlar değil, aklınızdaki kayıpları ve termal performansı geçmekle seçilmelidir.

  • [FONTS:0)MOSFETs:[Dönetici:[Dönetici:0) [CFONTSTR] Daha düşük Rds (on) kesintiler azaltılır, ancak genellikle sürücü kayıpları ve yavaş geçiş hızlarını artırır. birincildeki en yüksek yanlı gerilimin üzerinde% 15-20 marja sahiptir.
  • [FONT:0)Diodes: [Döneticiler için [Dönderin], Schottky diyotları düşük gerilimli çıktılar için (düşük Vf) veya yüksek gerilimli çıkışlar için ultrafast kurtarma diyotları için, SiCottky diyotları sıfır geri yükleme için kullanır, ki bu da dramatik olarak kayıpları azaltır ve EMI'yi azaltır.
  • [FONT:0)Opto çift CTF: Mevcut transfer oranı (CTR) zaman ve sıcaklık üzerinde opto çiftliği yüksek lisanslar. Bu sürüklenme için yeterli marjla geri bildirim döngüsü tasarlayın.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

DC dönüşüm devrelerine güvenilir bir AC inşa etmek, basit izolasyon engelleri korumak ve sadece verimlilik ve maliyet hedeflerine değil, aynı zamanda amaçlanan üründe sürekli olarak güvenli performans sağlamak için, sağlam bir elektrik elektroniklerinin inşa edilmesi için temeldir.

Daha ayrıntılı kaynaklar için, [[Üyetim:0)Analog Cihazları Güç Tedarik Tasarımı Seminer Serisi) için [[Üye Olmayanlar Standartları Baslı Sistemde [Düz Standartları ve DÖRDÜDÜDÜye Değerleri)