Was ist der Zweck von Kupferebenen in einem Schaltnetzteil?

13

Ich möchte einen Abwärtswandler zur Versorgung eines 3,3-V-Mikrocontrollers einbauen und habe mit dem Power Designer von TI ein empfohlenes Layout für meine Parameter erstellt.

Mir ist aufgefallen, dass die Kupferebenen hier im Vergleich zu den Stellflächen der beteiligten Komponenten recht groß sind. Ich verstehe den Wert, eine Ebene für den Boden zu haben, da dies ein gemeinsamer Bezugspunkt ist, aber warum gibt es so große Flächen für die anderen Verbindungen? Ist es für die Wärmeableitung oder aus anderen Gründen? (Oder habe ich ein Missverständnis darüber, wie man das Diagramm liest?)

Von Webench erzeugtes Leiterplattenlayout

switch-mode-power-supply layout chrylis -on strike-
quelle
5
Die großen Kupferebenen minimieren die Induktivität, erhöhen die Strombelastbarkeit und wirken auch als Kühlkörper. Was für Grundebenen gilt, gilt auch für die Ein- und Ausgänge. Ich meine, der Boden ist nur ein Bezugspunkt. Die Signale in geschalteten Wandlern haben oft große Stromspitzen und scharfe Kanten. Dann ist es wichtig, die Induktivität zu minimieren und die Strombelastbarkeit zu erhöhen.
Bimpelrekkie

Antworten:

19

Spurimpedanz senken

Bei einem Schaltregler spielt die Spurimpedanz eine große Rolle . Nicht nur der Widerstand, sondern auch die Induktivität werden reduziert, wenn breitere Spuren (oder Ebenen) verwendet werden.

Kühlkörper

Ein Schaltregler erzeugt Wärme, die aus dem Bauteil abgeführt werden muss. Kupfer ist ein sehr guter Wärmeleiter und wird in vielen Schaltnetzteilkonstruktionen als Kühler verwendet.

Probleme bei der Leiterplattenherstellung

Bei der Herstellung von Leiterplatten verlangen die Hersteller oft, dass ein bestimmter Prozentsatz jeder Schicht aus Kupfer besteht. Dies soll eine gleichmäßige Dicke auf der gesamten Leiterplatte in der Beschichtungsphase sowie eine gleichmäßige Ausdehnung und Schrumpfung bei Temperaturschwankungen gewährleisten.

Sclrx
quelle
11

Wärme und niedrige Impedanz für die Hochstrompfade. Ein Teil der Landfläche auf diesem Brett ist möglicherweise nicht kritisch, aber wenn Sie über freien Platz auf dem Brett verfügen, bietet dies einen zusätzlichen Sicherheitsspielraum.

Es ist im Allgemeinen keine gute Idee, eine große Landfläche für den Vermittlungsknoten zu erstellen (wahrscheinlich unten rechts in diesem Bild, aber ohne Teilenummern / Schaltplan / usw. schwer zu sagen), da die schnellen Kanten am Vermittlungsknoten ein Das EMI-Problem und die große Landfläche erzeugen sowohl eine Antenne als auch eine kapazitive (sp?) Kopplung des Signals mit der Bodenebene und möglicherweise anderen Spuren, die Bodenrauschen verursachen können.

Dean Franks
quelle
Es ist der Vermittlungsknoten, zumindest wenn ich den Schaltplan richtig verstehe. Ist die Größe im aktuellen Layout "groß" - sollte sie kleiner sein?
chrylis -on strike-
1
Dies hängt unter anderem von einer umfassenden thermischen Analyse, der Betriebsfrequenz des SMPS, der Anstiegs- und Abfallrate des Schalters, dem DCR des Induktors und bei hoher Frequenz den Kernverlusten ab. SMPS-Design ist keine schwarze Magie, aber es ist involviert und erfordert einen guten formaltheoretischen Hintergrund. Aus diesem Grund bieten TI und andere Anbieter Online-SMPS-Designtools an, die den größten Teil der Analyse für Sie durchführen.
Dean Franks
Danke, dann werde ich versuchen, das Standardlayout zu verwenden. Ich habe gerade genug formelles E & M, um mir das anzuschauen und zu sagen: "Hey, da ist komplexes Analoges los!" und jemand anderen fragen.
chrylis -on strike-