Wie kann das Problem mit dem Netzteilschalter schnell erkannt werden?
Das sogenannte Schaltnetzteil bezieht sich auf ein Netzteil, das mithilfe moderner elektronischer Leistungstechnologie das Zeitverhältnis der Schaltröhrenöffnung und des Röhrenabschnitts steuert, um eine stabile Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten. Das Schaltnetzteil besteht im Allgemeinen aus einem Pulsweitenmodulations-Steuer-IC und einem MOSFET. Mit der Entwicklung und Innovation der Leistungselektroniktechnologie wird auch die Schaltnetzteiltechnologie ständig innoviert. Als nächstes werde ich einige Vorsichtsmaßnahmen im Entwurfsprozess des Schaltnetzteils vorstellen und auch vorstellen, wie man das Problem des Schaltnetzteils schnell herausfinden kann, wenn ein Problem mit dem Schaltnetzteil vorliegt.
Aufbau des Schaltnetzteils
Bei einem Schaltnetzteil handelt es sich um eine Art Netzteil, das mithilfe moderner leistungselektronischer Technologie das Zeitverhältnis des Ein- und Ausschaltens steuert, um eine stabile Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten. Schaltnetzteile bestehen im Allgemeinen aus einem Pulsweitenmodulations-Steuer-IC (PWM) und einem MOSFET.
Beim Entwurf von Hochfrequenz-Schaltnetzteilen ist das Layout sehr wichtig. Ein gutes Layout kann viele Probleme dieser Art der Stromversorgung lösen. Probleme aufgrund des Layouts treten normalerweise bei hohen Strömen auf und sind bei großen Spannungsunterschieden zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung stärker ausgeprägt. Einige der Hauptprobleme sind eine verringerte Regelung bei großen Ausgangsströmen und/oder großen Eingangs-/Ausgangsspannungsunterschieden, zusätzliches Rauschen bei den Ausgangs- und Einschaltwellenformen sowie Instabilität. Solche Probleme können minimiert werden, indem die folgenden einfachen Prinzipien angewendet werden.
Induktor
Schaltnetzteile verwenden Induktivitäten mit geringer EMI (elektromagnetische Interferenz) und geschlossenen Ferritkernen. Zum Beispiel runde oder geschlossene E-Kerne. Offene Kerne können auch verwendet werden, wenn sie geringere EMI-Eigenschaften aufweisen und weiter entfernt von Drähten und Komponenten mit geringer Leistung liegen. Wenn Sie einen offenen Kern verwenden, empfiehlt es sich außerdem, die Pole des Kerns senkrecht zur Leiterplatte auszurichten. Um den Großteil der unerwünschten Geräusche zu eliminieren, werden üblicherweise Stabkerne (STIck-Kerne) eingesetzt.
die Rückmeldung
Versuchen Sie, die Rückkopplungsschleife von Induktivitäten und Rauschquellen fernzuhalten. Gestalten Sie außerdem die Rückkopplungsleitung möglichst gerade und dicker. Manchmal gibt es einen Kompromiss zwischen diesen beiden Ansätzen, aber der kritischere Ansatz ist es, die Rückkopplungsleitung von der EMI des Induktors und anderen Rauschquellen fernzuhalten. Platzieren Sie die Rückkopplungsleitung auf der der Induktivität gegenüberliegenden Seite auf der Platine und trennen Sie sie durch eine Masseebene in der Mitte.
Filterkondensator
Bei Verwendung eines kleinen Keramik-Eingangsfilterkondensators sollte dieser so nah wie möglich am VIN-Pin des IC platziert werden. Dadurch wird der Einfluss der Leitungsinduktivität so weit wie möglich beseitigt, sodass die internen IC-Leitungen eine sauberere Spannungsquelle erhalten. Einige Designs von Schaltnetzteilen erfordern in der Regel aus Stabilitätsgründen die Verwendung eines Feed-Forward-Kondensators, der vom Ausgang an den Feedback-Pin angeschlossen ist. In diesem Fall sollte es auch möglichst nahe am IC liegen. Durch die Verwendung von oberflächenmontierten Kondensatoren wird auch die Leitungslänge reduziert, wodurch die durch Durchgangslochkomponenten verursachte Rauscheinkopplung in die effektive Antenne (effektive Antenne) verringert wird.
kompensieren
Wenn für die Stabilität externe Kompensationskomponenten erforderlich sind, sollten diese ebenfalls möglichst nahe am IC platziert werden. Aus den gleichen Gründen wie bei Filterkondensatoren werden hier auch oberflächenmontierte Komponenten empfohlen. Diese Komponenten sollten auch nicht zu nahe am Induktor liegen.
Spuren und Bodenebenen
Halten Sie alle Stromleitungen (Hochstromleitungen) so kurz, gerade und dick wie möglich. Auf einer Standard-Leiterplatte ist es am besten, eine absolute Mindestbreite von 15 mil (0,381 mm) pro Ampere zu haben. Die Induktivität, der Ausgangskondensator und die Ausgangsdiode sollten so nah wie möglich beieinander liegen. Dies kann dazu beitragen, EMI zu reduzieren, die durch Schaltnetzteilleiterbahnen verursacht werden, wenn große Schaltströme durch sie fließen. Dadurch werden auch die Leitungsinduktivität und der Leitungswiderstand reduziert, wodurch Rauschspitzen, Überschwingen und Widerstandsverluste reduziert werden, die zu Spannungsfehlern führen können. Die Masse des ICs, der Eingangskondensator, der Ausgangskondensator und die Ausgangsdiode (falls vorhanden) sollten alle direkt mit einer Erdungsebene verbunden sein. Am besten ist es, auf beiden Seiten der Leiterplatte eine Masseebene zu haben. Dies reduziert Erdschleifenfehler und absorbiert mehr vom Induktor erzeugte elektromagnetische Störungen, wodurch das Rauschen reduziert wird. Bei Mehrschichtplatinen mit mehr als zwei Schichten kann eine Masseebene verwendet werden, um die Leistungsebene (den Bereich, in dem sich die Leistungsleiterbahnen und Komponenten befinden) und die Signalebene (den Bereich, in dem sich die Rückkopplungs- und Kompensationskomponenten befinden) zu trennen und so die Leistung zu verbessern. Auf mehrschichtigen Platinen sind Durchkontaktierungen erforderlich, um Leiterbahnen mit verschiedenen Ebenen zu verbinden. Wenn die Leiterbahn einen großen Strom von einer Seite zur anderen leiten muss, empfiehlt es sich, pro 200 mA Strom eine Standarddurchkontaktierung zu verwenden.
Ordnen Sie die Komponenten so an, dass sich die anfänglichen Stromschleifen in die gleiche Richtung drehen. Abhängig davon, wie der Kopfregler funktioniert, gibt es zwei Energiezustände. Ein Zustand ist, wenn die Öffnung geschlossen ist, und der andere Zustand ist, wenn die Öffnung geöffnet ist. In jedem Zustand wird durch das gerade eingeschaltete Leistungsgerät eine Stromschleife erzeugt. Die Leistungsgeräte sind so angeordnet, dass die Stromschleife in jedem Zustand in die gleiche Richtung leitet. Dies verhindert Magnetfeldumkehrungen in den Leiterbahnen zwischen den beiden Halbringen und reduziert EMI-Emissionen.
Kühlung
Bei der Verwendung von oberflächenmontierten Leistungs-ICs oder externen Leistungsschaltern kann die Leiterplatte häufig als Kühlkörper verwendet werden. Dabei soll die kupferkaschierte Oberfläche der Leiterplatte dazu genutzt werden, die Wärmeableitung des Geräts zu unterstützen. Informationen zur Verwendung der PCB-Wärmeableitung finden Sie im jeweiligen Gerätehandbuch. Dadurch kann in der Regel die durch das Schaltnetzteil hinzugefügte Kühlvorrichtung eingespart werden.
