pcb prototype service china pcb makers

[CHIMES]

Vítejte v tomto

pokračování řady TI Precision Labs

na ovladačích motorů.

Jmenuji se Pablo Armet

a v tomto videu

se budu zabývat nejlepšími

pokyny pro rozvržení desky plošných spojů pro

obvody ovladačů motoru.

Toto školicí video

bude rozděleno

do několika sekcí

a budeme pečlivě

dodržovat osvědčené postupy pro

rozložení desek aplikace pro správu motorových ovladačů

uvedené

na snímku zdrojů

na konci prezentace.

Nejprve budu diskutovat o tom, proč je důležité

dodržovat správné

pokyny pro rozvržení a mít dobré

rozložení DPS.

Poté poskytnu

osvědčené postupy, které je

třeba dodržovat pro optimalizaci

uzemnění desky plošných spojů, zlepšení

tepelného

výkonu desky,

způsob výběru a umístění průchodů,

obecné směrovací techniky, umístění

hromadných a obtokových kondenzátorů

a směrování výkonových stupňů

a umístění MOSFET.

Začněme diskusí,

proč je dobré mít dobré rozvržení desek plošných spojů

nesmírně

důležité, zejména

v aplikacích s ovladači motorů.

I když existuje

mnoho problémů, které

mohou nastat kvůli

špatnému rozložení desky plošných spojů,

budu pokrývat několik

nejběžnějších problémů, které mohou nastat.

Špatné rozložení desky plošných spojů může

způsobit mnoho problémů,

jako je špatný tepelný

výkon, což

může vést k přehřátí ovladače motoru

a dalších komponent

a jejich

potenciálnímu poškození.

Dalším problémem

špatného fyzického rozvržení

je zvýšení kapacity kondenzátoru

a indukční vazby, což

může zhoršit integritu signálu

a způsobit, že

obvod nepracuje tak, jak měl.

Dalším problémem

způsobeným špatným rozložením desky plošných spojů byl zvýšený běžný a diferenciální hluk.

Následující snímek

představí správné pokyny pro rozvržení, které je

třeba dodržovat, aby se zmírnily

problémy uvedené v tomto snímku.

Implementace dobrých

uzemňovacích technik

je klíčová pro zajištění

stabilního referenčního

napětí v IC a jeho

okolních obvodových součástech

s rušením a dalšími izolacemi.

Dvě nejběžnější

schémata uzemnění jsou přepážka a mřížka.

V přepážkové

zemi je oddělena zem

pro digitální, analogový

a vysoce výkonný

signál.

Toto oddělení zajišťuje

, že hlučné podmínky

od signálů s vysokým výkonem

neruší citlivé

digitální a logické signály.

V mřížkovém zemním

schématu jsou zemnící

podložky spojité

po celé desce,

aby se zajistilo, že každý signál

má zpáteční cestu s nízkou impedancí

ke zdroji.

Vhodná technika uzemnění,

kterou je třeba dodržovat,

závisí na

konstrukční aplikaci.

Pokud je

aplikace pro vysoký výkon,

doporučuje se

použít schéma uzemnění oddílu.

Pokud je aplikace

pro nízký až střední výkon,

obecně se doporučuje schéma uzemnění sítě.

Levý obrázek ukazuje

schéma uzemnění sítě,

kde je zem společná

mezi digitální a napájecí

částí desky.

Pravý obrázek ukazuje

schéma uzemnění oddílu,

kde jsou oddělené digitální nebo logické

uzemnění a napájecí uzemnění

.

Všimněte si, že

mezi těmito dvěma důvody neexistuje úplné fyzické oddělení.

Tyto dvě oblasti jsou

spojeny v jednom bodě,

což je naznačeno

oranžovými čarami na obrázku.

Kromě výběru

vhodného schématu uzemnění

vždy existují obecné

uzemňovací techniky,

které by měly být dodržovány

při navrhování rozvržení desky plošných spojů.

Důrazně doporučujeme

mít souvislou pozemní rovinu.

Pokud jsou desky plošných spojů čtyři

nebo více vrstev,

je třeba vyhradit jednu vrstvu

jako základní rovinu,

aby se zajistilo, že signály budou

mít nejkratší zpáteční

cestu ke zdroji energie.

Pokud jsou desky plošných spojů dvě

vrstvy nebo méně,

ujistěte se, že množství

mleté mědi v každé vrstvě

je maximální a spojité.

Směřujte signály a

umístěte součást tak,

aby byla jejich pozemní

plocha maximalizována

a aby neexistovaly žádné

oblasti zemní mědi,

které by byly fyzicky odděleny

od zbytku země.

Zajistěte také, aby byla minimalizována

nespojitost základní roviny

.

Toho lze dosáhnout

pečlivým směrováním stop,

snížením

počtu průchodů, je -li to možné,

umístěním průchodek

od sebe

a umístěním komponent

tak, aby byla základní

rovina spojitá

v celé desce.

V reálných

aplikacích nejsou ovladače motorů

ideální zařízení a

velká část jeho vnitřní energie

se přeměňuje na teplo.

Toto teplo musí být

účinně odstraněno

, než dojde k

poškození ovladače nebo jakýchkoli okolních

součástí.

Správné rozložení DPS může

pomoci rozptýlit teplo

a udržet ovladač motoru

na doporučené teplotě.

Abychom lépe porozuměli tomu, jak

účinně

rozptýlit teplo od řidiče,

je důležité

porozumět cestám, kterými teplo

od řidiče prochází.

Obrázek vpravo nahoře

ukazuje různé cesty

, kterými teplo vede

od řidiče.

Cesty jsou

znázorněny červenými šipkami.

Čím větší je

šipka, tím více tepla

touto cestou cestuje.

Jak je vidět na

obrázku, většina tepla

putuje dolů z

tepelné podložky integrovaného obvodu

a šíří se

vnitřní a vnější

vrstvou desky.

Část tepla se šíří

ze spojovacích drátů

a přes přívody

ke stopám horní vrstvy.

Další část

tepla je odváděna na otevřený vzduch

mimo desku plošných spojů.

Abyste zajistili, že se teplo

rovnoměrně šíří po desce plošných spojů

a nebude koncentrováno v

blízkosti ovladače

, je

třeba dodržovat několik technik rozložení.

Pokud má IC

tepelnou podložku, ujistěte se

, že vrchní vrstva

mědi z tepelné podložky

do uzemňovacích

rovin je spojitá.

Obrázky uprostřed vpravo

ukazují dopad

na tepelný

výkon kontinuálního lití

versus diskontinuální lití.

Když je nalití

stopou přerušeno,

teplo se koncentruje v

blízkosti IC, což

má za následek vyšší teploty.

Na druhou stranu, když

je nalévání kontinuální

, teplo může snadno

proudit oběma stranami zařízení

a snížit

teplotu v blízkosti IC.

Další technikou pro zlepšení

tepelného rozptylu je použití

1,5 unce nebo 2 unce

mědi pro tloušťku pokovení.

Zvýšení tloušťky pokovení

snižuje účinný

tepelný odpor,

což zvyšuje tepelnou

vodivost mědi.

Další technikou je použít

přímo připojené tepelné průchodky

namísto průchodek tepelného odlehčení.

Obrázek vpravo dole ukazuje

srovnání tepelného

výkonu přímého připojení

a průchodek tepelného odlehčení vedle sebe.

Přímé spojovací průchodky

umožňují nejnižší

možný tepelný odpor

mezi průchozími a měděnými

vrstvami, což pomáhá

dosáhnout nižších teplot.

Nakonec se pro optimální tepelnou vodivost

doporučuje použít tepelné otvory o průměru minimálně 8 mil

a průměru 20 mil

přímo pod tepelnou podložkou

.

Seskupte tepelné

průchodky do polí

poblíž oblastí s vysokou

koncentrací tepla,

jako je tepelná podložka

a oblasti poblíž IC.

Vias jsou nezbytnou

součástí každého návrhu rozvržení.

Existuje mnoho typů průchodek,

ale v této prezentaci

se zaměříme na

typické průchozí průchozí otvory,

protože to jsou nejběžnější

průchodky používané v návrzích DPS ovladače motoru

.

Zde je několik obecných pokynů, které je

třeba při používání průchodek dodržovat.

Ujistěte se, že průchodky mají

místo měděné

oblasti paprsků nebo pásu

exponovanou měděnou oblast.

Obrázek označený jako 1

ukazuje dva prostřednictvím typů.

Pevné průchodky mají

souvislejší exponovanou měděnou oblast,

což umožňuje průchodce

vést proud efektivněji.

Ujistěte se, že jste vybrali

odpovídající velikost

a množství pro příslušné

aktuální potřeby kapacity.

Tabulka označená jako 2

ukazuje aktuální kapacitu

pro různé

velikosti otvorů.

Velikost průchozího průměru by měla

být alespoň stejná

jako šířka stopy.

Velikost průchozího průměru

nebo

počet průchodů pro

danou stopu by měla

být zvýšena, aby do druhé vrstvy

mohl proudit více proudu

.

Pokud je třeba k jiné vrstvě připojit napájecí nebo zemní rovinu

, použijte víceprůchodové spoje

nebo šití.

Víceprůchodové spoje a

prošití jsou užitečné

pro nízkoparazitové uzemnění

a silnoproudá připojení.

Obrázek 3 ukazuje

příklad více průchodů.

Nakonec nepokládejte průchodky

příliš blízko sebe.

Obrázek 4 ukazuje příklady dobrých

a špatných mezer mezi průchodkami.

Díky průchodkám s dobrým

oddělením umožňuje,

aby letadlo

bylo spojitější

a signální

plošina byla zkrácena.

Tento snímek představuje několik

důležitých technik směrování, které je

třeba dodržovat při navrhování

rozvržení desky plošných spojů ovladače motoru.

První technikou je

zajistit, aby stopy pohonu brány

byly co nejširší

a nejkratší.

Doporučuje se začít

se stopovou šířkou 20 mils

pro tloušťku měděného pokovení alespoň 1,5 unce

a

zvýšit šířku pro vyšší proudy.

U ovladačů brány

nasměrujte jedinou stopu

brány na vysoké straně

a trasování uzlu přepínače

co

nejblíže, aby se minimalizovala

indukčnost, oblast smyčky a

šum způsobený rychlými změnami

a napětím

indukovaným přepínáním.

U ovladačů motorů

s integrovanými FET je

toto směrování

optimalizováno interně.

Nepoužívejte pravoúhlé

stopy, protože to

může způsobit

problémy s elektromagnetickým rušením.

Obrázek označený

jako 1 ukazuje

příklady různých úhlů sledování a

řadí je od nejlepších po nejhorší.

Pokud je to možné,

vždy používejte techniku slzy

při

přechodu z průchodek

na podložky nebo z

tenké do silné stopy.

Použití slzy

snižuje tepelné

napětí jediného přechodu.

Obrázky označené jako 2 ukazují

příklad slzy. Při

směrování kolem objektu směrujte stopy v paralelních

párech, jinak

známých jako diferenciální páry

.

Například při směrování

signálů z aktuálních smyslových

zesilovačů se

ujistěte, že stopy

zůstanou co nejblíže u sebe

, aby se

zabránilo rozdílové impedanci

a nespojitosti

způsobené dělenými trasami.

Obrázek 3 ukazuje příklad dobrého a špatného

paralelního párování.

Poslední obecnou

technikou směrování

je mít oddělené uzemnění

pro analogové a digitální

části obvodu pro

snížení zemního šumu.

Obrázek 4 ukazuje

ilustraci správné a špatné

topologie směrování.

Hromadné a obtokové kondenzátory

jsou důležitými součástmi

v návrhu ovladače motoru.

Hromadné kondenzátory pomáhají

snižovat nízkofrekvenční proudové

přechody a ukládají náboj pro

napájení velkých proudů

požadovaných motorovým systémem.

Bypass kondenzátory se používají k

minimalizaci vysokofrekvenčního

šumu do napájecího

kolíku ovladače motoru.

Tento snímek

ukazuje několik pokynů, které je

třeba dodržovat při výběru a

umístění různých objemových

a obtokových kondenzátorů, které se obvykle

používají v obvodu ovladače motoru.

Umístěte všechny kondenzátory v

blízkosti vstupního

bodu desky.

To zajistí, že

nízkofrekvenční přechodové jevy

budou potlačeny, než bude

putovat dále do DPS.

Při výběru

objemové kapacity

vždy berte

v úvahu nejvyšší proud

požadovaný motorovým

systémem, zvlnění napájecího napětí

a typ motoru.

U ovladačů, které mají

integrovanou nabíjecí pumpu,

umístěte kondenzátory nabíjecí pumpy

nebo kondenzátory bootstrapu

co nejblíže k ovladači.

To zajistí,

že stopová indukční

impedance mezi

kondenzátory a

piny nabíjecího čerpadla na

ovladači bude minimalizována.

Vysoká stopová indukční impedance

může způsobit nežádoucí oscilace,

které mohou ovlivnit

výkon nabíjecího čerpadla.

Ujistěte se, že místní

kondenzátory bypassu

jsou na stejné vrstvě

jako integrovaný obvod ovladače

a jsou blízko ovladače.

To má zajistit

, aby

stopy signálu mezi obtokovými

kondenzátory a integrovaným obvodem

byly ve stejné vrstvě

bez

nutnosti použití průchodek, což může

zvýšit indukčnost ve stopě.

Obrázek 1 ukazuje schéma,

kde

by měly být umístěny místní hromadné obtokové kondenzátory.

Všimněte si, že

kondenzátor nižší hodnoty

je umístěn blíže k IC.

Vyhněte se umístění průchodek

mezi kondenzátor bypassu

a ovladač.

Vias

zvýší indukčnost

ve smyčce vysokého proudu

, což není ideální.

Obrázek 2 ukazuje

příklad dobrého a špatného obcházení.

V výkonovém stupni použijte

malé keramické kondenzátory

k zeslabení vysokofrekvenčních

přechodových jevů, ke kterým dochází

při přepínání okrajového můstku.

Obrázek 3 ukazuje

schéma výkonového stupně

a

umístění kondenzátoru.

Ujistěte se, že co nejvíce

minimalizujete vysokofrekvenční smyčky

.

Pokud má zařízení integrované

zesilovače snímající proud,

umístěte filtrační kondenzátory

poblíž snímacích

kolíků, abyste odfiltrovali

šum ze signálu.

Doporučuje se kondenzátor kolem jednoho

nanofaradu.

U zařízení s

regulátory napětí

by měly

být poblíž výstupu regulátoru umístěny malé keramické kondenzátory

.

Vždy se ujistěte, že je

minimalizována zpětná

smyčka uzemnění k uzemňovacímu

kolíku zařízení.

Umístění a rozvržení výkonových MOSFETů a DPS

je velmi důležité,

zejména pro ovladače brány,

aby byla zajištěna správná funkce

v systému ovladače motoru.

U zařízení s

integrovanými MOSFETy

je rozložení a

umístění optimalizováno interně.

Tento snímek

ukáže několik základních

příkladů rozvržení, založených na běžné

architektuře ovladačů motoru.

Nejdůležitějším

pokynem, který je třeba dodržovat,

je umístění

MOSFETů tak,

aby byla minimalizována oblast

vysokofrekvenčních smyček

.

Na obrázcích 1 a 2 jsou uvedeny

doporučené příklady

rozložení konfigurace polovičního můstku a

polovičního můstku vedle

sebe.

V levé části každého obrázku

je ukázka rozvržení

zaváděcích balíků MOSFET

a v pravé části

je ukázka rozvržení

bezolovnatých balíků MOSFET.

Všimněte si, že v obou

příkladech jsou MOSFETy

umístěny velmi

blízko sebe,

aby se zmenšila

oblast smyčky vysokého proudu

a indukčnost parazitních stop.

Parazitické indukčnosti

v výkonovém stupni

by měly být minimalizovány, aby se

omezily oscilace vyzvánění přepínače uzlu

.

Zvonění uzlu spínače

je oscilace OC, ke

které dochází v uzlu přepínače,

což je uzel, quick turn pcb china ke kterému

je připojen terminál motoru.

Tyto oscilace

jsou nežádoucí

a mohou způsobovat vysoký šum EMI a

vytvářet přepětí a podstřely

, což může narušit

absolutní maximální

hodnocení MOSFETu.

Obrázek 3 ukazuje běžné

parazity, jako je indukčnost

v odtoku a zdrojové

stopy nalezené v polovičním můstku.

Nejlepší způsob, jak

minimalizovat vyzvánění přepínačů,

je pečlivé rozvržení desky plošných spojů.

Použijte externí opatření,

jako je snížení rychlosti přeběhu

nebo zahrnutí

externích RC tlumičů,

abyste v

případě potřeby minimalizovali vyzvánění uzlu přepínače.

Rychlost přeběhu lze

snížit umístěním odporu

do brány MOSFET nebo pomocí technologie

Smart Gate Drive společnosti Texas Instruments,

která

umožňuje snadné nastavení rychlosti

přeběhu.

Dalším řešením, jak

minimalizovat vyzvánění uzlu přepínače,

je umístit tlumící

obvod mezi odtok

a zdroj

každého MOSFETu, což

může pomoci odfiltrovat

nežádoucí kmity.

Jak již bylo zmíněno dříve

, důrazně

doporučujeme

optimalizovat rozvržení desky plošných spojů pro snížení

cesty silnoproudé smyčky.

Silnoproudá smyčka

v výkonovém stupni

je znázorněna červenou

cestou na obrázku 4.

Tuto cestu smyčky lze minimalizovat

použitím širokých a krátkých stop

a snížením počtu

skoků vrstev ve smyčce.

Děkujeme, že jste si prohlédli tuto

splátku série Texas

Instruments Precision Lab

na ovladačích motorů.

Chcete -li se dozvědět více o tématech

zahrnutých v tomto školícím videu,

přečtěte si zprávu o aplikaci „Nejlepší postupy pro

rozložení desek ovladačů motorů”,

která

je uvedena na

snímku zdrojů této prezentace.

Chcete -li se také dozvědět více o

technických zdrojích ovladačů motorů

a procházet

katalog produktů motorových ovladačů společnosti Texas Instruments

, navštivte

stránku ovladače motoru na webu ti.com.