Consejos de diseño del regulador de conmutación

Estoy planeando usar un regulador de conmutación Diodes AP5100 para pasar de ~ 22 V a 12 V en mi circuito, que tendrá un consumo máximo de corriente de aproximadamente 1 A. Este es mi primer intento de diseñar una fuente de alimentación conmutada y traté de seguir las recomendaciones (doble cita a continuación) en la hoja de datos lo más fielmente posible.

"El condensador de entrada debe estar lo más cerca posible de los pines IN y GND".

  • Puse C1 cerca del pin 5 IN. ¿Debería intentar acercar C1 al pin 2 de tierra?

"Las resistencias de retroalimentación externas deben colocarse junto al pin FB".

  • Las resistencias de retroalimentación R1 y R2 están cerca del pin 3 de FB. Podría moverlo más cerca si es necesario.

"Estas impedancias de interconexión deben minimizarse mediante el uso de trazas de circuito impreso anchas y cortas".

  • Creo que eso se cumplió.

No estoy seguro de si es una buena idea enrutar la conexión a tierra de R2 debajo del IC al pin 2 de tierra. ¿Quizás usar una vía directamente al plano de tierra es mejor?

Además, no estoy seguro de si la isla de tierra para minimizar el rebote del suelo está diseñada correctamente o si es necesaria. En realidad, podría estar empeorando las cosas en términos de EMI.

Creo que el inductor que planeo usar podría ser demasiado pequeño. Su clasificación actual es de solo 1.6A.

Ofrezca algún consejo sobre cómo mejorar el diseño o cualquier otra cosa.

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Revisión #2

Gracias a todos por todas las sugerencias e hice los siguientes cambios:

  • eliminó la isla de tierra
  • movió L1 más cerca del pin 6
  • retroalimentación medida directamente de C2 ahora
  • Se agregaron dobles vías al plano de tierra para C1, D1 y C2.
  • agregó una segunda conexión GND

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Preguntas:

  • ¿La conexión a tierra de pin2 también debe hacerse con una doble vía?
Una sugerencia menor: considere tener dos almohadillas de tierra (GND) en lugar de solo una. Esto simplifica la conexión de un par de conectores cada uno a la entrada (IN & GND1) y salida (OUT & GND2). Su plano de tierra tiene espacio suficiente para permitir la conexión a tierra adicional.
Definitivamente la isla de tierra no ayuda en este diseño. Mis sugerencias: agregue un segundo pin GND como dijo @Anindo. Verifique la ubicación de L1 (un poco más cerca de D1 e IC1). El voltaje que desea medir como retroalimentación es el voltaje en C2. Así que enruta la pista desde allí. De todos modos, ¡buen primer acercamiento!
@JesúsCastañé Estoy de acuerdo, este es un gran primer acercamiento.
@ user26200 Después de la actualización. El segundo diseño se ve bien. Creo que puedes conectar pin2 con dos vías. Obtendrá una inductancia más baja en esa conexión.

Respuestas (2)

Información General y Flujo Actual

El convertidor reductor tiene dos etapas según el estado del interruptor. El interruptor, en su caso, está en el IC y está entre los pines 5 y 6. Dibujemos la primera etapa donde el interruptor está ENCENDIDO y D1 tiene polarización inversa. Como puede ver, el bucle es grande, porque la isla de tierra limita por dónde puede fluir la corriente. Para tener un bucle más pequeño, debería haber regresado justo debajo del trazo amarillo.

En el otro escenario, que no está dibujado aquí, las cosas van a ser casi iguales, debido a la isla de tierra.

Aquí hay una buena lectura sobre el rebote en el suelo.

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Acerca de las resistencias de retroalimentación

Además, aquí hay una muy buena lectura sobre el diseño de SMPS que incluye una sección en la página 14, sobre el diseño de resistencias de retroalimentación. Según él, en lugar de conectar la unión C6-R1 al pin de L1, conéctelos al pin de C2. Esto reducirá la cantidad de corriente adicional que transportará esta pista.

Sobre el inductor

Su inductor está bien si no se satura a 1,3 A, que se indica en la hoja de datos a continuación. Entonces, un inductor nominal de 1.6 A funcionará bien. Aumentar la inductancia a 10uH puede mejorar su eficiencia de carga ligera, pero si trae una resistencia de CC más alta, tendrá una eficiencia de carga nominal más baja.

Elija la corriente de ondulación del inductor para que sea el 30% de la corriente de carga máxima. La corriente pico máxima del inductor se calcula a partir de:

I L METRO A X = I L O A D + Δ I L 2

Para la mayoría de las aplicaciones, se recomienda un inductor de 1 µH a 10 µH con una clasificación de corriente CC de al menos un 25 % más que la corriente de carga máxima.

¿Qué hacer?

Lo que recomendaría es eliminar esa isla por completo y tener un plano de tierra sólido e ininterrumpido. Además, agregar múltiples vías justo cerca de cada pin conectado a tierra, por ejemplo, justo cerca del pin de C2 en el lado derecho.

Una cosa más que decir es que su condensador de entrada C1 puede no ser suficiente. Una vez hice un convertidor reductor con un chip TPS5450 que también, en la hoja de datos, recomendaba un capacitor de entrada de 10 uF. Después de un par de patatas fritas, resultó que 10 uF no eran suficientes. Recomendaría agregar 2 huellas más para que pueda completar 22uF y 100nF, más adelante, si es necesario.

No estoy de acuerdo con su interpretación del documento en su enlace. El extremo de tierra de R2 DEBE regresar directamente al pin de tierra en el chip (pin 2). Si la pista de tierra a C2 tiene una caída de IoR, esto se superpondrá al pin FB y esto no es deseable.
Tienes razón sobre la declaración de "referencia". He editado esa parte de mi respuesta.

C1, D1 y C2 (y L1)

C1, D1 y C2 transportan grandes corrientes a tierra y, como prioridad, DEBEN hacer su conexión a tierra directamente al pin 2 de este dispositivo. No hay opciones en esto si desea que funcione con ondulación baja. Piense en el pin 2 como un punto de estrella. Idealmente, estas conexiones a tierra deberían unirse en el pin 2 y no (por ejemplo) unirse en algún punto y tener una pista común al pin 2.

Conexión D1 al pin 6 OK. Conexión C1 al pin 5 OK. La conexión C2 a L1 está bien, pero la conexión L1 al pin 6 puede ser más corta.

Otras cosas

El seguimiento de R2 está enrutado correctamente, directamente de regreso al pin 2 en el lado de tierra, no permita que esta pista lleve ninguna corriente que no sea la de R2.

No me molestaría con la idea del plano de tierra que tiene, solo siga lo que he dicho y tenga un plano de tierra completo.

En realidad, con este diseño, hay algo más de corriente que los R2 que lleva la pista de tierra de retroalimentación.
@abdullahkahraman No entiendo lo que estás insinuando. La conexión a tierra R2 DEBE volver al pin 2 y DEBE hacerlo sin hacer una conexión significativa a otros puntos de tierra.
Consulta la pág. 13 y 14 de esta nota de aplicación. Dado que el pin de retroalimentación (pin 3) del IC tiene una impedancia muy alta en relación con las resistencias de retroalimentación, donde fluye la corriente, la conexión a tierra del IC no es importante en términos del flujo de corriente. Por lo tanto, es mejor que la conexión a tierra R2 vaya a la conexión a tierra del capacitor de salida. a través de un rastro solitario. No soy un experto, de hecho soy un novato en electrónica, pero esto es lo que entiendo de esta Nota de aplicación.
@abdullahkahraman Creo que malinterpretas 5 (c) con lo que digo: implica que la "recopilación" de comentarios también "recopilará" caídas de voltios de IoR. No estoy defendiendo esto, estoy defendiendo un punto de estrella en el pin 2, por lo que en efecto, donde R2 se conecta a la tapa de salida en 5 (d), ese es el punto de estrella. El amplificador de retroalimentación dentro de este chip (y diría que todos los conmutadores con medición FB de un solo extremo) hace una referencia interna al voltaje en el pin2 y, por lo tanto, es donde r2 debería regresar directamente y también el capacitor de salida.
Oh, ok, ya veo. Lo que me faltaba era el "punto de referencia". Gracias por señalar esto.
Cuando dice que es una prioridad obtener las conexiones a tierra en el pin 2, ¿está bien sacrificar (aumentar) la distancia desde el pin 5 y 6 para esos componentes? Con el diseño actual, no veo una forma de conectarlos de manera óptima sin mover las cosas.
@ user26200 Lo has hecho correctamente, no es necesario que los acerques mucho , aunque sería mejor, pero no crítico.
@user26200 Siempre hay compromisos y aquí es donde entra en juego el plano de tierra. Use el GP para hacer las conexiones a tierra para C1 y D1, pero haga todo lo posible para asegurarse de que estén lo más cerca posible del pin 2. No use GP para el extremo de tierra de R2; esto debería ser una prioridad para conectarse directamente al pin 2. Por lo tanto, C1 cerca del pin 5 y use GP para conectarse al pin 2 (use vías dobles para una mejor conectividad) y D1 cerca de pin 6 y GP al pin 2 (use vías dobles, etc.)
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