3 SMPS in einem Board

Ich mache eine Leiterplatte mit 3 SMPS: einen Boost (12 V bis 48 V, max. 1 A) und einen Abwärtswandler (5 V bis 4 V, max. 4 A), die mit derselben Frequenz arbeiten (gleicher Timer im Mikrocontroller). Der andere Konverter ist ein synchroner Buck (~ 10 V bis 8 V, bei 1 Ampere). Das erste SMPS-Paar schaltet bei 400 kHz (möglicherweise weniger, wenn Rauschen zu problematisch wird) und das dritte bei 50 kHz oder weniger.

Jetzt habe ich Probleme beim Entwerfen meines Boards hauptsächlich aus folgenden Gründen: Probleme mit dem Bodensprung; Wechselwirkungen zwischen Induktivitäten (unerwünschter Transformator); Übersprechen der Stromschleifen im 4V-4A-Abwärtswandler und den anderen Niederstromwandlern; ... Ich weiß, dass die Frequenzen hier für einige von Ihnen nicht sehr hoch sind, aber das ist immer noch viel Strom bei dieser Frequenz in meinem Meinung, und ich zögere, ob einige seltsame Effekte auftreten. Können Sie mir also einige Hinweise zum Design des Boards geben? Ich habe genug Flexibilität mit dem Platz, aber das Board hat nur 2 Schichten ... Fragen Sie bei Bedarf nach weiteren Details.

Bearbeiten: Die Last im ersten Bock ist ein Elektrolyseur; Die Last im Boost ist ein LED-Panel; diese beiden Lasten funktionieren gleichzeitig. Die Quelle im zweiten Buck ist eine Brennstoffzelle und die Last ist eine elektrische Spielzeugeisenbahn.schematisch

Weitere Details, die ich hinzufügen kann?

Haben Sie ein Layout (und Screenshots)? Das ist besser, als Ihr Design zu erraten.
Gib mir eine Stunde. Ich mache einen Schaltplan. Bisher habe ich die Wandler nur einzeln in einem Steckbrett getestet (außer dem 4-Ampere-Wandler, bis zum maximalen Strom).
Ich nehme an, dass die Probleme, die Sie haben, wahrgenommene/vorhergesagte Probleme vor dem Ereignis sind, ja? Es ist auch sehr wichtig zu wissen, wie die verschiedenen Lasten angeschlossen werden sollen.
genau richtig. Ich werde weitere Details zu den Lasten hinzufügen, wenn der Schaltplan hinzugefügt wird

Antworten (2)

Es ist schwierig, Ihnen genau zu antworten, da Sie sich in einer Vorentwurfsphase befinden und keinen endgültigen Schaltplan haben.

Es ist gut, über Signalintegrität und EMV/EMI-Probleme nachzudenken, aber es ist vielleicht noch zu früh, sie als blockierende Probleme zu betrachten. Als Anfänger ist es schwierig, einen "perfekten" Schaltplan und ein Layout von Grund auf neu zu erstellen. Aus diesem Grund sollten Sie IMHO einen Schaltplan und ein wenig Vorlayout bereitstellen, das wir (auf gute Weise) "korrigieren" können.

Trotzdem hier einige Tipps und Dokumente, die Ihnen bei der Gestaltung Ihres Boards helfen können:

  • Wenn Sie Platz haben, scheuen Sie sich nicht, Ersatzkomponenten/PCB-Footprints hinzuzufügen

In Ihrem Fall könnten Sie am Ausgang Ihres SMPS einige Ersatzkondensatoren und Ferritperlen-Footprints anbringen, um zukünftige EMI zu filtern. Wenn Sie keinen parallelen Footprint verwenden (meistens Kondensatoren), müssen Sie das Bauteil einfach nicht löten, und für ein Serienbauteil können Sie einen 0-Ohm-Widerstand mit demselben SMD-Footprint einsetzen.

  • Sie sind nicht der Erste, der einfache SMPS bei diesen Frequenzen entwickelt

Fragen zu haben ist gut, aber haben Sie keine Angst davor, Fehler zu machen (wenn Sie die Möglichkeit haben, meistens als Student oder Bastler, können Sie einige Fehler ohne "Problem" machen), Sie werden mit Fehlern mehr lernen als mit jedes Mal gutes (aber vielleicht nicht so gutes) Design. FPGA-Testboards haben etwa 3 bis 5 oder 6 kleine SMPS, um das FPGA mit Strom zu versorgen. Ok, sie sind nicht auf 2-Lagen-PCB, aber es ist nicht unmöglich;)

Abschließend einige Dokumente, Richtlinien für Analog-/Power-Design:

das sind sehr gute infos. Ich werde es verarbeiten und am Wochenende wahrscheinlich eine primäre Version des Boards zusammenbauen, damit genauere Ratschläge gegeben werden können.

MiB, der Ort, an dem Sie die Erdungsverbindungen wie in Ihrem Schaltplan gezeigt zeichnen, ist für Sie ein sehr gutes "Visual", damit Sie einschätzen können, wo die lautesten Bodenströmungen sein werden, und Sie ein Gefühl dafür bekommen, wie es geht Folgegeräusche vermeiden. Betrachten wir zum Beispiel die Stromschleife um Q1, D2 und C3. Dies hat ein großes di/dt während des Schaltens. Der Erdungspfad zwischen Q1 und C3 hat daher ein extrem hohes di/dt, sodass selbst wenige Nano-Henry der Induktivität große Spannungsspitzen zwischen den beiden verursachen. Die Masseverbindung zu den anderen Schaltkreisen sollte nicht auf der Leiterbahn zwischen Q1 und C3 beginnen, sondern auf der Lastseite von C3. Ebenso sollten die Verbindungsrückleitungen nicht von den Spuren zwischen Q1/C3, D1/C9 oder Q2/C6 abzweigen. Ich würde bei einer Rückkehr einen festen Boden rundum alles überschwemmen vermeiden. Stattdessen, Verwenden Sie Ausschnitte, um zu erzwingen, dass die hohen di / dt-Ströme nur zu / von den Teilen wie Q1 zu einem Kondensator fließen. Nach den Kondensatoren mit dem Flugzeug verbinden.

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