Diseño de PCB y anchos de trazo para convertidor reductor

Estoy haciendo un diseño de PCB para un convertidor reductor simple de 12 V CC a 5 V CC. La salida nominal es 3A pico continuo 5A. Aquí hay enlaces al esquema y primero vaya al diseño de PCB. Me doy cuenta de que los rastros son demasiado delgados.

http://uefi.io/buck-pcb.png

http://uefi.io/esquema-buck.png

Estoy diseñando esto basándome en la suposición de que usaría OSHPark para fabricar la placa que usa capas de cobre de 1 onza de espesor. Esto significa que para la salida máxima de 5A, necesito que la corriente de salida que lleva los rastros sea de 109 millones. Actualmente son 9,84mills. Esto me lleva a algunas preguntas principalmente sobre la capacidad actual.

1) Si la carga consume 5A, ¿la salida del convertidor reductor en las salidas de conmutación será 5A? Supongo que sería una fracción de ese 5A según el ciclo de trabajo, pero no estoy seguro de si eso es una simplificación excesiva. Dado que el chip que utilicé en mi diseño tiene 3 pines de salida de conmutación para compartir la carga actual, pero todos juntos aún tienen menos de la mitad del ancho de 109mill.

2) La rama de resistencia es fácil de calcular para la corriente (5V / 4.16K = 1.2mA), por lo que no hay preocupaciones en absoluto. Supongo que el diodo debe tener una clasificación de 5A. Sin embargo, ¿qué pasa con las ramas del condensador? No estoy seguro de qué capacidad actual necesitarán. Me doy cuenta de que no hay corriente eléctrica atravesándolos, pero se están cargando y descargando para suavizar la ondulación, por lo que tiene que haber alguna corriente de desplazamiento. ¿Necesito estar pensando en esto?

3) ¿Qué tamaño debe tener mi vía? He encontrado muchas calculadoras y herramientas para el ancho de la pista, pero nada sobre las vías.

4) El trazo de 109mil para 5A es en realidad más ancho que la almohadilla para mi terminal de tornillo. ¿Debería hacer esas almohadillas más grandes? ¿Existe una regla general en términos del tamaño de la almohadilla en comparación con el trazo que ingresa? ¿Qué pasa con las conexiones de las otras ramas paralelas, como las resistencias de retroalimentación? ¿Está bien dejar caer un trazo más delgado sobre uno más grueso?

5) ¿Algún otro comentario sobre lo que he hecho con este diseño de PCB? Como dije, es mi primer intento de diseñar una PCB.

Tenga en cuenta que en realidad no tengo una aplicación en mente. El objetivo de este ejercicio era obtener experiencia con el diseño de PCB y KiCAD. Este es mi primer diseño de PCB. Probablemente lo cargue con una carga ficticia para confirmar que funciona y pasar al siguiente proyecto sin que se convierta en un estuche o un producto terminado.

ACTUALIZACIÓN: Revisión 2

Buck-PCB-revB

ACTUALIZACIÓN: Revisión 3

Me doy cuenta de que probablemente todavía haya problemas importantes con esto y que ya acepté una respuesta. Solo se incluye una revisión "final" para completar. Al menos la versión final de kicad. Puedo intentar rehacerlo en Eagle o algo más.

buck-pcb-revc1 buck-pcb-revc2

Debo agregar que las huellas para C1/C4, H1/H2, U1 y L1 fueron creadas por mí mismo. Entonces, si algo se ve mal allí, podría ser por qué.
Los conmutadores son sensibles al diseño (incluso cuando es solo un dólar). Averiguar el diseño del conmutador no es fácil. Lo mejor es reutilizar, tanto como sea práctico, el diseño proporcionado por el fabricante del circuito integrado. A veces, el diseño recomendado se dibuja en la hoja de datos ( ejemplo , p.12). A veces, el chip tiene una placa de evaluación y el diseño se detalla en el manual de la placa de evaluación. El diseño recomendado para su IC particular no se encuentra por ninguna parte. Puede ser mejor buscar otro IC con un diseño recomendado publicado.
Por lo general, corto un vacío en el plano de tierra entre el nodo de conmutación y Vin para evitar el acoplamiento inverso del ruido de conmutación a la entrada. También anulo todo debajo del inductor. Como se señaló, los conmutadores son complejos de diseñar y siempre es prudente seguir las instrucciones del fabricante, si están disponibles.
La actualización 3 es aproximadamente 1000 veces mejor. ¡Sin embargo, todavía necesito algunas vías debajo de la plataforma de tierra!
Mientras lo hace, conecte el vertido de tierra en la almohadilla 2 de C2 a la almohadilla térmica U1 y retire parte del vertido de cobre alrededor de C3. Como ya se discutió, el modo que irradia el nodo de conmutación es voltaje/campo eléctrico, y eso empeora con el área de superficie. Como C3 es solo un límite de arranque, no debería haber una tonelada de corriente atravesándolo.
Tal vez me lo perdí, pero no veo un condensador de entrada en Vin. "Para obtener el mejor rendimiento de la fuente de alimentación, el pin de entrada siempre debe omitirse con un capacitor de entrada ubicado cerca del pin 2".
Hice algunos cambios más antes de realizar un pedido con OSHPark. Tengo muchas vías que conectan los planos de tierra. Cada vez que respiro mal en mi pantalla, aunque KiCAD perdería las asociaciones netas de esas vías. Los reemplacé justo antes de trazar los archivos Gerber. Si guardo, salgo y vuelvo a abrir el archivo, aunque están flotando sin estar asociados con la red de tierra. Aparecen directamente en los archivos Gerber.
Hice los cables que conectan los dos pines Vin tan anchos como pude, pero los pines en sí tienen solo 0,4 mm y 0,8 mm de centro a centro. Hizo la vida difícil. No estoy seguro de si debería renunciar a los alivios térmicos en esos pines y solo tener un relleno de cobre sólido. Expandí el área de exclusión para incluir todo el nodo de conmutación, no solo el inductor. C1 y C2 son los condensadores de entrada.
Han pasado años desde que hizo la pregunta, pero ¿por qué quitó el vertido de tierra debajo del inductor?

Respuestas (1)

Debe convertir estos rastros en grandes vertidos de cobre.

Debe colocar el condensador con la salida del inductor. Eso reducirá el ruido en su circuito, ya que hay una gran corriente CA que fluye desde el inductor hacia el capacitor en todo momento.

Tenga en cuenta que la ruta de CA hacia el capacitor debe hacer que su circuito vuelva a la tierra del IC y muévalo en consecuencia.

Haga que su nodo de conmutación sea lo más pequeño posible para eliminar el ruido. C3 se ve bastante bien, pero después de eso se enreda bastante.

Debe agregar vías debajo de la plataforma de tierra del IC para la conducción de calor al plano de tierra.

FWIW, tengo un convertidor de triple dólar en el que he intentado optimizar para un área pequeña (específicamente, un área de bucle pequeño). Esto se puede mejorar aún más quitando el divisor de voltaje y haciendo las conexiones más grandes.
Reacomodé los capacitores y traté de encoger el nodo de conmutación lo más posible. Adjunto el nuevo diseño. Estaba a punto de comenzar a agregar vertidos, pero no estoy seguro del nodo de cambio de tamaño como mencionó. ¿Es la proximidad física todo lo que importa o un vertido de cobre más grande significa más material para que el ruido se irradie?
Si esto funciona bien, me sorprendería. Vaya a leer algunas hojas de datos del conmutador de tecnología lineal y vea cómo hacen los diseños. Tiene caminos altamente inductivos a tierra con cables estrechos y vías individuales. Tampoco tienes forma de sacar el calor de U1. || Lo siento hombre, ¡esto no es fácil!
no necesita conectar el vertido masivo a la plataforma IC con diminutos cables, ¡no tenga miedo de los rastros de grasa!
1. Conecte las redes con el ancho de trazo adecuado (mucho más grueso que el trazo de señal) 2. Agregue vertidos como pueda para complementar y según sea necesario (más limpio que un trazo de vertido puro, en mi opinión) 3. RESPETE EL ARRANQUE EN LOS TRAZAS DE HV 4. Estudie los diseños existentes en profundidad (estos se fabrican en masa, de manera confiable, por unos pocos dólares, no reinvente la rueda)
Diseño de PCB y anchos de trazo para convertidor reductor
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