¿Cuál es el propósito de los planos de cobre en una fuente de alimentación conmutada?

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Estoy buscando incluir un convertidor de energía para alimentar un microcontrolador de 3.3V, y utilicé el Power Designer de TI para generar un diseño recomendado para mis parámetros.

Noté que los planos de cobre son bastante grandes aquí en comparación con las huellas de los componentes involucrados. Entiendo el valor de tener un plano para el suelo, ya que es un punto de referencia común, pero ¿por qué hay áreas tan grandes para las otras conexiones? ¿Es por disipación de calor u otra (s) razón (es)? (¿O estoy malinterpretando algo sobre cómo leer el diagrama?)

Diseño de PCB generado por Webench

switch-mode-power-supply layout chrylis -en huelga-
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Los grandes planos de cobre minimizan la inductancia, aumentan el manejo de corriente y también funcionan como disipador térmico. Lo que es cierto para los planos de tierra también es cierto para las entradas y salidas. Quiero decir, el suelo es solo un punto de referencia. Las señales en los convertidores conmutados a menudo tienen picos de corriente grandes y bordes afilados. Entonces, minimizar la inductancia y aumentar la capacidad de manejo de corriente es esencial.
Bimpelrekkie

Respuestas:

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Baja impedancia de vía

En un regulador de conmutación, la impedancia pista importa mucho . No solo la resistencia, sino también la inductancia, y ambas se reducen cuando se utilizan pistas (o planos) más anchas.

Disipador de calor

Un regulador de conmutación produce calor, que debe canalizarse fuera del componente. El cobre es un muy buen conductor de calor y se usa como radiador en muchos diseños de fuentes de alimentación de modo conmutado.

Problemas de fabricación de PCB

Al producir PCB, los fabricantes a menudo solicitan que un cierto porcentaje de cada capa sea de cobre. Esto es para asegurar un espesor uniforme en todo el PCB en la fase de recubrimiento, así como una expansión y contracción uniforme bajo variaciones de temperatura.

Sclrx
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Calor y baja impedancia para las rutas de alta corriente. Parte del área de tierra en este tablero puede no ser crítica, pero cuando tiene el espacio vacío, proporciona un pequeño margen de seguridad adicional.

Por lo general, no es una buena idea crear un área de tierra grande para el nodo de conmutación (probablemente en la parte inferior derecha de esta imagen, pero difícil de distinguir sin números de parte / esquemático / etc.) porque los bordes rápidos en el nodo de conmutación pueden ser El problema de EMI y la gran área terrestre crea una antena y acopla capacitivamente (sp?) La señal al plano de tierra y posiblemente a otras trazas que pueden crear ruido de tierra.

Dean Franks
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Es el nodo de conmutación, al menos si entiendo el esquema correctamente. ¿El tamaño en el diseño actual es "grande"? ¿Debería ser más pequeño?
chrylis -on strike-
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Eso depende de un análisis térmico completo, la frecuencia de operación del SMPS, la velocidad de subida y bajada del interruptor, la DCR del inductor y, a alta frecuencia, las pérdidas del núcleo, entre otras cosas. El diseño SMPS no es magia negra, pero está involucrado y requiere una buena formación en teoría formal. Es por eso que TI y otros proporcionan herramientas de diseño SMPS en línea que hacen la mayoría / todos los análisis por usted.
Dean Franks el
Gracias, intentaré seguir con el diseño estándar. Tengo suficiente E&M formal para mirar esto, decir "¡Hola, hay un complejo análogo en marcha!" y pregúntale a alguien más.
chrylis -on strike-