Consejos de diseño de PCB para convertidor reductor de alta corriente

Estoy construyendo un controlador reductor dual de alta corriente para controlar dos conjuntos de diodos láser acoplados a fibra. Este es mi segundo intento en un tablero: mi primer intento tuvo un timbre excesivo debido al diseño del tablero (documentado en esta pregunta mía anterior). Los parámetros de diseño son:

  • Vin: 8v nominal
  • Vout: 2v - 4v (suministro de corriente constante)
  • Conjunto actual: 50A
  • Ondulación de entrada: 1%
  • Ondulación de salida: 1%
  • Frecuencia de conmutación: 500kHz
  • Control IC es un MAX20096

el esquema:

Esquema del convertidor reductor

Recibí buenos consejos en mi publicación anterior y he tratado de aplicarlos a este nuevo diseño. También encontré un gran conjunto de artículos sobre el diseño de PCB del convertidor reductor que traté de seguir de cerca, así como un estudio cuidadoso del diseño de PCB para la placa de evaluación MAX20096. El diseño es ahora:

  • 4 capas La capa interna 1 es una capa de tierra dedicada.
  • La tierra de alta corriente está separada de la tierra analógica. Están unidos en un solo punto muy cerca del IC de control.
  • Intenté reducir la longitud del bucle actual tanto como sea posible.
  • El sentido actual ahora se realiza a través de una conexión Kelvin enrutada usando pares diferenciales.

Aquí están los diseños para cada una de las capas:

Capa superior Capa superior de PCB

Capa interna 1 (plano de tierra dedicado) PCB capa interna 1

Capa interna 2 (detección, accionamiento de puerta) PCB capa interna 2

Capa inferior (Vin, VCC) ingrese la descripción de la imagen aquí

Gracias de antemano por cualquier consejo.

Parece bastante profesional en este momento... Las pruebas de laboratorio dirán cómo lo hiciste.
Necesita condensadores de alta velocidad en la entrada de Q1 y Q3 que evitarán las corrientes de conmutación para Q1, Q3. Consulte C9, C11 y C17, C21 en EVB. ¿Por qué antes de filtrar con los condensadores de salida C11, C13, C15 montó LASER1? Mismo caso para otro canal.
@ usuario19579 Sí. Mueva las resistencias de detección de corriente más cerca del eje Y central para liberar espacio cerca de los MOSFET y coloque algunas tapas de cerámica grandes junto a los MOSFET justo sobre los rieles.
@DKNguyen: Acabo de hacer un comentario, no lo haré yo mismo. ¿Me estás pidiendo que lo haga, o simplemente abordando el comentario en nombre de Brian Pepin?
@ user19579 Es solo para vincular comentarios en una cadena.
@DKNguyen: entendido. Estoy bien.
¿Cómo esto resultó?
¡Muy bien! Realmente aprecio toda la ayuda. He hecho un par de revisiones tanto de la placa como del esquema para mejorar aún más las cosas. Lado esquemático Me moví a inductores blindados más pequeños y dupliqué la frecuencia de conmutación, agregué una red amortiguadora en la entrada de los inductores, agregué capacitores como se recomienda en los comentarios y un filtro de paso bajo adicional en las salidas. En el lado de la placa de circuito impreso, cambié la acumulación para que ambas capas internas se rectificaran y ahora no se rompen por completo. Volví a trabajar en el diseño IC / mosfet para arreglar el baile que notó y ajusté las cosas considerablemente.

Respuestas (1)

El bucle de accionamiento de la compuerta del lado alto es más grande de lo necesario. La señal de activación de la compuerta del lado alto está flotando, por lo que no utiliza la tierra como ruta de retorno. Dado que es el condensador de arranque el que alimenta ese bucle, la corriente fluye utilizando el nodo común entre los MOSFET de medio puente para su ruta de regreso al condensador de arranque.

La corriente fluye desde C1 hacia el pin 2, sale del IC a través del pin 3, a través de la puerta-fuente de Q1 y regresa al IC a través del pin 1. Algo similar sucede con Q3.

Esto forma dos bucles masivos en la Capa 2 (delineados en rojo). El área del bucle está en rosa e incluso con cambios mínimos en su diseño actual, puede mover los trazos en la parte superior del bucle hacia abajo para deshacerse por completo de los paralelogramos rosas. Esto reduciría inmediatamente a la mitad su área de bucle, pero el bucle sigue siendo muy grande, pero no puede reducirlo más con este diseño, ya que la pista de la unidad de puerta del lado bajo (delineada en amarillo) se encuentra entre la pista de la unidad de puerta del lado alto. y su rastro de retorno.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Hizo que las trazas de control de la compuerta del lado alto y bajo (procedentes de los pines 3/6 y 32/9, respectivamente) bailaran una alrededor de la otra en la capa 2 cerca del IC para que no se bloquearan entre sí al llegar a las resistencias de la compuerta. Esto dio como resultado que las pistas de control de la compuerta del lado bajo provenientes de los pines 32 y 9 se interpusieran entre la pista de control de la puerta del lado alto (pines 3/6) y su pista de retorno (pines 1/8), lo que le impedía ajustar el control alto. -lazo de accionamiento de puerta lateral.

El orden natural de los pines debería haber evitado que esto sucediera, pero tu baile lo evitó. Pero no necesita hacer esto si envía uno de los rastros en una capa diferente. Parece que puede enviar la señal de la puerta del lado alto (pines 3 y 6) a través de la capa 4 sin interrumpir ninguna corriente de avión y hacer que tomen desvíos alrededor de las pistas). Esto le permitiría obtener las trazas de la unidad de compuerta (pines 3 y 6) justo debajo de su traza de retorno (pines 1 y 8). Haz eso si puedes.

Luego vuelva a ajustar la pista de accionamiento de la compuerta de bajo nivel (delineada en amarillo, pines 32 y 9) para que sea más corta y más directa.

Fantástico, gracias por el look. Ya arreglé el bucle en los controladores de puerta y veré los límites agregados y la ubicación del límite de salida recomendado por @ user19579.
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