స్విచ్ మోడ్ విద్యుత్ సరఫరా సర్క్యూట్ల కోసం పిసిబి లేఅవుట్ డిజైన్ మార్గదర్శకాలు

విద్యుత్ సరఫరాను మార్చడం అనేది విద్యుత్ ఎలక్ట్రానిక్స్లో విస్తృతంగా ఉపయోగించే విద్యుత్ సరఫరా టోపోలాజీ. ఇది సంక్లిష్టమైన సిఎన్‌సి మెషీన్ లేదా కాంపాక్ట్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరం కావచ్చు, పరికరం ఒక విధమైన విద్యుత్ సరఫరాతో అనుసంధానించబడినంతవరకు SMPS సర్క్యూట్ ఎల్లప్పుడూ తప్పనిసరి. సరికాని లేదా లోపభూయిష్ట విద్యుత్ సరఫరా యూనిట్ సర్క్యూట్ ఎంత చక్కగా రూపకల్పన చేసి, క్రియాత్మకంగా ఉన్నా ఉత్పత్తి యొక్క పెద్ద వైఫల్యానికి దారితీస్తుంది. మేము ఇప్పటికే పవర్ ఇంటిగ్రేషన్ మరియు వైపర్ కంట్రోలర్ ఐసిని ఉపయోగించి 12V 1A SMPS మరియు 5V 2A SMPS వంటి కొన్ని SMPS విద్యుత్ సరఫరా సర్క్యూట్లను రూపొందించాము.

ప్రతి స్విచ్చింగ్ విద్యుత్ సరఫరా మోస్ఫెట్ లేదా పవర్ ట్రాన్సిస్టర్ వంటి స్విచ్‌ను ఉపయోగిస్తుంది, ఇది స్విచ్చింగ్ డ్రైవర్ స్పెసిఫికేషన్‌ను బట్టి నిరంతరం ఆన్ లేదా ఆఫ్ అవుతుంది. ఈ ఆన్ మరియు ఆఫ్ స్థితి యొక్క మారే పౌన frequency పున్యం కొన్ని వందల కిలోహెర్ట్జ్ నుండి మెగాహెర్ట్జ్ పరిధి వరకు ఉంటుంది. అటువంటి హై-ఫ్రీక్వెన్సీ స్విచ్చింగ్ మాడ్యూల్‌లో, పిసిబి డిజైన్ వ్యూహాలు చాలా అవసరం మరియు ఇది కొన్నిసార్లు డిజైనర్ చేత పట్టించుకోదు. ఉదాహరణకు, పేలవమైన పిసిబి డిజైన్ మొత్తం సర్క్యూట్ యొక్క వైఫల్యానికి దారితీస్తుంది, అలాగే బాగా రూపొందించిన పిసిబి అనేక అసహ్యకరమైన సంఘటనలను పరిష్కరించగలదు.

సాధారణ నియమం ప్రకారం, ఈ ట్యుటోరియల్ ఏ రకమైన స్విచ్-మోడ్ విద్యుత్ సరఫరా ఆధారిత పిసిబి రూపకల్పనకు అవసరమైన ముఖ్యమైన పిసిబి డిజైన్ లేఅవుట్ మార్గదర్శకాల యొక్క కొన్ని వివరణాత్మక అంశాలను అందిస్తుంది. మీరు SMPS సర్క్యూట్లలో EMI తగ్గింపు కోసం డిజైన్ టెక్నిక్‌లను కూడా చూడవచ్చు.

మొదటి విషయం, స్విచ్-మోడ్ విద్యుత్ సరఫరాను రూపొందించడానికి, సర్క్యూట్ అవసరం మరియు స్పెసిఫికేషన్ల యొక్క స్పష్టమైన సూచనను కలిగి ఉండాలి. విద్యుత్ సరఫరాలో నాలుగు ముఖ్యమైన భాగాలు ఉన్నాయి.

1. ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ ఫిల్టర్లు.
2. డ్రైవర్ కోసం సర్క్యూట్ మరియు అనుబంధ భాగాలు ముఖ్యంగా సర్క్యూట్‌ను నియంత్రిస్తాయి.
3. మారకాలు లేదా ట్రాన్స్ఫార్మర్లు మారడం
4. అవుట్పుట్ వంతెన మరియు అనుబంధ ఫిల్టర్లు.

పిసిబి రూపకల్పనలో, ఈ అన్ని విభాగాలను పిసిబిలో వేరుచేయాలి మరియు ప్రత్యేక శ్రద్ధ అవసరం. మేము ఈ విభాగంలో ప్రతి విభాగాన్ని వివరంగా చర్చిస్తాము.

ఇన్‌పుట్ మరియు అసోసియేటెడ్ ఫిల్టర్‌ల కోసం మార్గదర్శకాలు

ఇన్పుట్ మరియు ఫిల్టర్ విభాగం అంటే ధ్వనించే లేదా క్రమబద్ధీకరించని సరఫరా మార్గాలు సర్క్యూట్‌లోకి అనుసంధానించబడతాయి. అందువల్ల, ఇన్పుట్ ఫిల్టర్ కెపాసిటర్లు ఇన్పుట్ కనెక్టర్ మరియు డ్రైవర్ సర్క్యూట్ నుండి సమాన దూరంలో ఉండాలి. ఇన్పుట్ విభాగాన్ని డ్రైవర్ సర్క్యూట్‌తో అనుసంధానించడానికి ఎల్లప్పుడూ తక్కువ పొడవు కనెక్షన్‌ను ఉపయోగించడం చాలా అవసరం.

పై చిత్రంలో హైలైట్ చేసిన విభాగాలు వడపోత కెపాసిటర్ల దగ్గరి స్థానాన్ని సూచిస్తాయి.

డ్రైవర్ సర్క్యూట్ మరియు కంట్రోల్ సర్క్యూట్ కోసం మార్గదర్శకాలు

డ్రైవర్ ప్రధానంగా అంతర్గత MOSFET ను కలిగి ఉంటుంది లేదా కొన్నిసార్లు మారే MOSFET బాహ్యంగా అనుసంధానించబడి ఉంటుంది. స్విచ్చింగ్ లైన్ ఎల్లప్పుడూ ఆన్ చేయబడి, చాలా ఎక్కువ పౌన frequency పున్యంలో ఆపివేయబడుతుంది మరియు చాలా ధ్వనించే సరఫరా మార్గాన్ని సృష్టిస్తుంది. ఈ భాగం ఎల్లప్పుడూ అన్ని ఇతర కనెక్షన్ల నుండి వేరుగా ఉండాలి.

ఉదాహరణకు, ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌కు (ఫ్లైబ్యాక్ SMPS కోసం) నేరుగా వెళ్లే హై వోల్టేజ్ DC లైన్ లేదా పవర్ ఇండక్టర్ (బక్ లేదా బూస్ట్ టోపోలాజీ-బేస్డ్ స్విచింగ్ రెగ్యులేటర్లు) కు నేరుగా వెళ్లే DC లైన్‌ను వేరు చేయాలి.

దిగువ చిత్రంలో, హైలైట్ చేసిన సిగ్నల్ అధిక వోల్టేజ్ DC లైన్. సిగ్నల్ ఇతర సిగ్నల్స్ నుండి వేరు చేయబడిన విధంగా మళ్ళించబడుతుంది.

స్విచ్-మోడ్ విద్యుత్ సరఫరా రూపకల్పనలో ధ్వనించే పంక్తులలో ఒకటి డ్రైవర్ యొక్క డ్రెయిన్ పిన్, ఇది ఎసి టు డిసి ఫ్లైబ్యాక్ డిజైన్ అయినా లేదా అది బక్, బూస్ట్ లేదా బక్-బూస్ట్ టోపోలాజీ-ఆధారిత తక్కువ పవర్ స్విచింగ్ విద్యుత్ సరఫరా రూపకల్పన. ఇది ఎల్లప్పుడూ అన్ని ఇతర కనెక్షన్ల నుండి వేరు చేయబడాలి మరియు చాలా చిన్నదిగా ఉండాలి ఎందుకంటే ఈ రకమైన రౌటింగ్‌లు సాధారణంగా చాలా అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ సంకేతాలను కలిగి ఉంటాయి. ఈ సిగ్నల్ లైన్‌ను ఇతరుల నుండి వేరుచేయడానికి ఉత్తమ మార్గం మిల్లింగ్ లేదా డైమెన్షన్ లేయర్‌లను ఉపయోగించి పిసిబి కటౌట్‌ను ఉపయోగించడం.

దిగువ చిత్రంలో, ఆప్టో-కప్లర్ నుండి సురక్షితమైన దూరం ఉన్న వివిక్త డ్రెయిన్ పిన్ కనెక్షన్ చూపబడింది మరియు పిసిబి కటౌట్ ఇతర రౌటింగ్‌లు లేదా సిగ్నల్స్ నుండి ఏదైనా జోక్యాన్ని తొలగిస్తుంది.

మరొక ముఖ్యమైన విషయం ఏమిటంటే, డ్రైవర్ సర్క్యూట్ దాదాపు ఎల్లప్పుడూ ఫీడ్‌బ్యాక్ లేదా సెన్స్‌డ్ లైన్‌ను కలిగి ఉంటుంది (ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ సెన్స్ లైన్, అవుట్పుట్ సెన్స్ లైన్ వంటి వాటి కంటే కొన్ని రెట్లు ఎక్కువ) ఇది చాలా సున్నితమైనది మరియు డ్రైవర్ ఆపరేషన్ పూర్తిగా ఫీడ్‌బ్యాక్‌ను గ్రహించడం ద్వారా ఆధారపడి ఉంటుంది. శబ్దం కలపడం నివారించడానికి ఎలాంటి ఫీడ్‌బ్యాక్ లేదా సెన్స్ లైన్ పొడవు తక్కువగా ఉండాలి. ఈ రకమైన పంక్తులు ఎల్లప్పుడూ పవర్, స్విచ్చింగ్ లేదా ఇతర శబ్దం లేని పంక్తుల నుండి వేరు చేయబడాలి.

దిగువ చిత్రం ఆప్టోకపులర్ నుండి డ్రైవర్ వరకు ప్రత్యేక అభిప్రాయ పంక్తిని చూపుతోంది.

ఇది మాత్రమే కాదు, డ్రైవర్ సర్క్యూట్ డ్రైవర్ సర్క్యూట్ కార్యకలాపాలను నియంత్రించడానికి అవసరమైన కెపాసిటర్లు, ఆర్‌సి ఫిల్టర్లు వంటి పలు రకాల భాగాలను కూడా కలిగి ఉంటుంది. ఆ భాగాలు డ్రైవర్ అంతటా దగ్గరగా ఉంచాలి.

ఇండక్టర్లు మరియు ట్రాన్స్ఫార్మర్లను మార్చడానికి మార్గదర్శకాలు

స్థూల కెపాసిటర్ల తర్వాత ఏదైనా విద్యుత్ సరఫరా బోర్డులో లభించే అతిపెద్ద భాగం స్విచింగ్ ఇండక్టర్. ఇండక్టర్ లీడ్‌ల మధ్య ఎలాంటి కనెక్షన్‌ను అయినా మార్గనిర్దేశం చేయడం ఒక చెడ్డ డిజైన్. అధికారాలు లేదా ఫిల్టర్ ఇండక్టర్ ప్యాడ్‌ల మధ్య ఎటువంటి సంకేతాలను మార్గనిర్దేశం చేయకుండా ఉండటం చాలా అవసరం.

అలాగే, విద్యుత్ సరఫరాలో, ముఖ్యంగా ఎసి-డిసి ఎస్‌ఎమ్‌పిఎస్‌లో ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌లను ఉపయోగించినప్పుడు, ఈ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ యొక్క ప్రధాన ఉపయోగం ఇన్‌పుట్‌ను అవుట్‌పుట్‌తో వేరుచేయడం. ప్రాధమిక మరియు ద్వితీయ ప్యాడ్‌ల మధ్య తగినంత దూరం అవసరం. క్రీపింగ్‌ను పెంచడానికి ఒక ఉత్తమ మార్గం మిల్లింగ్ పొరను ఉపయోగించి పిసిబి కటాఫ్‌ను వర్తింపచేయడం. ట్రాన్స్ఫార్మర్ లీడ్స్ మధ్య ఎలాంటి రౌటింగ్ ఉపయోగించవద్దు.

అవుట్పుట్ వంతెన మరియు వడపోత విభాగం కోసం మార్గదర్శకాలు

అవుట్పుట్ వంతెన అధిక కరెంట్ షాట్కీ డయోడ్, ఇది లోడ్ కరెంట్‌ను బట్టి వేడిని చెదరగొడుతుంది. కొన్ని సందర్భాల్లో, రాగి విమానం ఉపయోగించడం ద్వారా పిసిబిలోనే పిసిబి హీట్ సింక్‌లు సృష్టించాల్సిన అవసరం ఉంది. హీట్ సింక్ సామర్థ్యం పిసిబి రాగి ప్రాంతం మరియు మందానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

పిసిబిలలో సాధారణంగా రెండు రకాల రాగి మందం అందుబాటులో ఉంది, 35 మైక్రాన్లు మరియు 70 మైక్రాన్లు. అధిక మందం ఉంది, మంచి ఉష్ణ కనెక్టివిటీ మరియు PCB హీట్ సింక్ ప్రాంతంలో తగ్గించారు కలుగుతుంది. పిసిబి డబుల్ లేయర్ మరియు వేడిచేసిన స్థలం పిసిబిలో కొంతవరకు అందుబాటులో లేనట్లయితే, ఒకరు రాగి విమానం యొక్క రెండు వైపులా ఉపయోగించవచ్చు మరియు సాధారణ వియాస్ ఉపయోగించి ఆ రెండు వైపులా కనెక్ట్ చేయవచ్చు.

దిగువ చిత్రం షాట్కీ డయోడ్ యొక్క పిసిబి హీట్‌సింక్‌కు ఉదాహరణ, ఇది దిగువ పొరలో సృష్టించబడుతుంది.

షాట్కీ డయోడ్ తర్వాత వడపోత కెపాసిటర్ ట్రాన్స్ఫార్మర్ లేదా స్విచ్చింగ్ ఇండక్టర్ అంతటా చాలా దగ్గరగా ఉంచాల్సిన అవసరం ఉంది, ఈ విధంగా ఇండక్టర్ , బ్రిడ్జ్ డయోడ్ మరియు కెపాసిటర్ ద్వారా సరఫరా లూప్ చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ విధంగా, అవుట్పుట్ అలలని తగ్గించవచ్చు.

పై చిత్రం ట్రాన్స్ఫార్మర్ అవుట్పుట్ నుండి బ్రిడ్జ్ డయోడ్ మరియు ఫిల్టర్ కెపాసిటర్ వరకు ఒక చిన్న లూప్ యొక్క ఉదాహరణ.

SMPS PCB లేఅవుట్ల కోసం గ్రౌండ్ బౌన్స్ తగ్గించడం

మొదట, భూమిని నింపడం చాలా అవసరం మరియు విద్యుత్ సరఫరా సర్క్యూట్లో వేర్వేరు గ్రౌండ్ విమానాలను వేరు చేయడం మరొక ముఖ్యమైన విషయం.

సర్క్యూట్ కోణం నుండి, ఒక స్విచ్చింగ్ విద్యుత్ సరఫరా అన్ని భాగాలకు ఒకే సాధారణ మైదానాన్ని కలిగి ఉంటుంది, కాని ఇది పిసిబి డిజైన్ దశలో ఉండదు. పిసిబి డిజైన్ దృక్పథం ప్రకారం, భూమి రెండు భాగాలుగా విభజించబడింది. మొదటి భాగం పవర్ గ్రౌండ్ మరియు రెండవ భాగం అనలాగ్ లేదా కంట్రోల్ గ్రౌండ్. ఈ రెండు మైదానాలకు ఒకే కనెక్షన్ ఉంది కాని పెద్ద తేడా ఉంది. డ్రైవర్ సర్క్యూట్‌తో అనుబంధించబడిన భాగాల ద్వారా అనలాగ్ లేదా కంట్రోల్ గ్రౌండ్ ఉపయోగించబడుతుంది. ఆ భాగాలు తక్కువ కరెంట్ రిటర్న్ మార్గాన్ని సృష్టించే గ్రౌండ్ ప్లేన్‌ను ఉపయోగిస్తాయి, మరోవైపు, పవర్ గ్రౌండ్ అధిక కరెంట్ రిటర్న్ మార్గాన్ని కలిగి ఉంటుంది. శక్తి భాగాలు ధ్వనించేవి మరియు అవి ఒకే మైదానంలో నేరుగా అనుసంధానించబడి ఉంటే కంట్రోల్ సర్క్యూట్లో అనిశ్చిత గ్రౌండ్ బౌన్స్ సమస్యలకు దారితీయవచ్చు. ఒకే చిత్రం పిసిబిలోని పిసిబి యొక్క ఇతర విద్యుత్ లైన్ల నుండి అనలాగ్ మరియు కంట్రోల్ సర్క్యూట్రీ పూర్తిగా ఎలా వేరుచేయబడిందో ఈ క్రింది చిత్రం చూపిస్తుంది.

ఈ రెండు భాగాలను వేరుచేయాలి మరియు ఒక నిర్దిష్ట ప్రాంతంలో అనుసంధానించాలి.

పిసిబి డబుల్ లేయర్ అయితే ఇది చాలా సులభం, పై పొరను కంట్రోల్ గ్రౌండ్‌గా ఉపయోగించవచ్చు మరియు అన్ని కంట్రోల్ సర్క్యూట్రీలను పై పొరలోని సాధారణ గ్రౌండ్ ప్లేన్‌లో అనుసంధానించాలి. మరోవైపు, దిగువ పొరను పవర్ గ్రౌండ్‌గా ఉపయోగించవచ్చు మరియు అన్ని ధ్వనించే భాగాలు ఈ గ్రౌండ్ ప్లేన్‌ను ఉపయోగించాలి. కానీ ఆ రెండు మైదానాలు ఒకే కనెక్షన్ మరియు స్కీమాటిక్‌లో అనుసంధానించబడి ఉన్నాయి. ఇప్పుడు, ఎగువ మరియు దిగువ పొరలను అనుసంధానించడానికి, రెండు గ్రౌండ్ విమానాలను ఒకే స్థలంలో అనుసంధానించడానికి వియాస్ ఉపయోగించవచ్చు. ఉదాహరణకు, క్రింది చిత్రాన్ని చూడండి -

డ్రైవర్ యొక్క పై భాగంలో పవర్ జిఎన్డి అని పిలువబడే గ్రౌండ్ ప్లేన్‌ను విడిగా ఉపయోగిస్తున్న అన్ని పవర్ ఫిల్టర్ సంబంధిత కెపాసిటర్లు ఉన్నాయి, అయితే డ్రైవర్ ఐసి యొక్క దిగువ భాగం అన్ని నియంత్రణ సంబంధిత భాగాలు, ప్రత్యేక నియంత్రణ జిఎన్‌డిని ఉపయోగించి. రెండు మైదానాలు ఒకే కనెక్షన్ కానీ విడిగా సృష్టించబడ్డాయి. GND కనెక్షన్ రెండూ డ్రైవర్ IC లో చేరాయి.

IPC ప్రమాణాలను అనుసరించండి

ఐపిసి పిసిబి డిజైన్ స్టాండర్డ్ ప్రకారం పిసిబి మార్గదర్శకాలు మరియు నియమాలను అనుసరించండి. IPC2152 మరియు IPC-2221B లలో వివరించిన PCB డిజైన్ ప్రమాణాన్ని డిజైనర్ అనుసరిస్తే ఇది ఎల్లప్పుడూ దోష అవకాశాలను తగ్గిస్తుంది. జాడల యొక్క వెడల్పు నేరుగా ఉష్ణోగ్రత మరియు ప్రస్తుత మోసే సామర్థ్యాన్ని ప్రభావితం చేస్తుందని గుర్తుంచుకోండి. అందువల్ల, జాడల యొక్క తప్పు వెడల్పు ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల మరియు ప్రస్తుత ప్రవాహానికి దారితీయవచ్చు.

రెండు జాడలు మధ్య అంతరం కూడా అనిశ్చిత వైఫల్యం లేదా క్రాస్ చర్చ నివారించేందుకు ముఖ్యం కొన్నిసార్లు అధిక ప్రస్తుత అధిక వోల్టేజ్ అప్లికేషన్ లో crossfires. విద్యుత్ సరఫరా ఆధారిత పిసిబి డిజైన్‌లో విద్యుత్ లైన్ల మధ్య సిఫార్సు చేసిన అంతరాన్ని ఐపిసి -9592 బి వివరిస్తుంది.

సెన్స్ లైన్ కోసం కెల్విన్ కనెక్షన్

కెల్విన్ కనెక్షన్ విద్యుత్ సరఫరా బోర్డు రూపకల్పనలో మరొక ముఖ్యమైన పారామితి, ఎందుకంటే కొలత యొక్క ఖచ్చితత్వం నియంత్రణ సర్క్యూట్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది. విద్యుత్ సరఫరా నియంత్రణ సర్క్యూట్‌కు ఎల్లప్పుడూ కొన్ని రకాల కొలతలు అవసరం, ఇది ప్రస్తుత సెన్సింగ్ లేదా ఫీడ్‌బ్యాక్ లేదా సెన్స్ లైన్‌లో వోల్టేజ్ సెన్సింగ్. ఈ సెన్సింగ్ కాంపోనెంట్ లీడ్స్ నుండి ఇతర సిగ్నల్స్ లేదా జాడలు సెన్స్ లైన్ తో జోక్యం చేసుకోని విధంగా చేయాలి. కెల్విన్ కనెక్షన్ అదే సాధించడంలో సహాయపడుతుంది, సెన్స్ లైన్ ఒక అవకలన జత అయితే, పొడవు రెండు జాడలకు సమానంగా ఉండాలి మరియు ట్రేస్ కాంపోనెంట్ లీడ్స్‌లో కనెక్ట్ అవ్వాలి.

ఉదాహరణకు, టెక్సాస్ పరికరాలచే పవర్ కంట్రోలర్ల యొక్క పిసిబి డిజైన్ మార్గదర్శకాలలో కెల్విన్ కనెక్షన్ సరిగ్గా వివరించబడింది.

పై చిత్రం కెల్విన్ కనెక్షన్‌ను ఉపయోగించి సరైన కరెంట్ సెన్సింగ్‌ను చూపుతోంది. సరైన కనెక్షన్ సరైన కెల్విన్ కనెక్షన్, ఇది సెన్స్ లైన్ రూపకల్పనకు అవసరం. పిసిబి లేఅవుట్ కూడా ఆ పత్రంలో సరిగ్గా ఇవ్వబడింది.

పిసిబి లేఅవుట్ డ్రైవర్ లేదా కంట్రోలర్ ఐసి అంతటా 10 ఎన్ఎఫ్ మరియు 1 ఎన్ఎఫ్ సిరామిక్ కెపాసిటర్ మధ్య సన్నిహిత సంబంధాన్ని చూపిస్తుంది. సెన్స్ లైన్ సరైన కెల్విన్ కనెక్షన్‌ను కూడా ప్రతిబింబిస్తుంది. ఇన్నర్ పవర్ లేయర్ అనేది వేరు చేయబడిన సోర్స్ లైన్, ఇది శబ్దం కలపడం తగ్గించడానికి బహుళ వియాస్ ఉపయోగించి ఒకే కాని వేరు చేయబడిన సోర్స్ లైన్లతో అనుసంధానించబడి ఉంది.