DC-DC converter step-down: alcuni suggerimenti per lo sbroglio

In questo articolo scoprirai alcuni punti a cui prestare attenzione per sbrogliare correttamente un convertitore step-down (questo tipo di convertitore genera una tensione di uscita che è inferiore alla tensione di ingresso)

Sono in distribuzione alcuni moduli step-down in sostituzione dei regolatori lineari in package TO-220 e generalmente erogano una corrente di 1 o 2A .TSR 1-2450.jpg

Esistono altri moduli in formato SMD che erogano correnti fino a 3A. Anche in questo caso i componenti esterni richiesti sono limitati: sono necessari i condensatori di ingresso e di uscita e alcune resistenze e condensatori di compensazione.

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Però, per realizzare DC-DC converter step-down che erogano una corrente nominale maggiore di 3A, devi ricorrere a configurazioni un po’ più complesse che richiedono induttori e transistor esterni.

Per non fare errori nello schema circuitale, riproduci esattamente lo schema di riferimento indicato nel datasheet del componente. Se devi realizzare il simbolo circuitale, disponi i pin in modo da poter riprodurre esattamente lo schema di riferimento.

Per questo articolo, consideriamo l’integrato LM3150. Questo componente non integra l’induttanza e i transistor di commutazione.

Qui sotto è presente lo schema di riferimento del convertitore .Come protezione puoi inserire prima della NET 4 (è l’ingresso del convertitore) un diodo e un fusibile ripristinabile. Scegliendo opportunamente l’induttanza L1 e i transistor M1 e M2, il convertitore step-down può erogare una corrente in uscita pari a 6A.

schema circuitale DC-DC converter step-down
schema circuitale DC-DC converter step-down basato sull’integrato LM3150

Per quanto riguarda il posizionamento e lo sbroglio, il primo consiglio è di cercare esempi sul sito web del produttore. Nel nostro caso la società Texas Instruments mette a disposizione uno strumento chiamato PowerArchitect. Questo strumento è disponibile gratuitamente registrandosi sul sito della società: permette di effettuare alcune simulazioni e di vedere la disposizione dei componenti.

Se non trovi esempi di posizionamento e di sbroglio, prova a cercare se esiste una scheda sviluppo (evaluation board) basata sul controllore scelto. Generalmente, è possibile scaricare i file gerber dell’evaluation board gratuitamente oppure dopo aver effettuato una registrazione che è comunque gratuita. Anche al fondo del manuale della scheda di sviluppo, sono presenti alcune immagini che indicano come sono stati posizionati i componenti e come sono stati sbrogliati i singoli layer della scheda.

Ritorniamo al nostro esempio basato sull’integrato LM3150 e vediamo alcune linee guida che ti consiglio di seguire.

Prima di tutto, se è possibile, scegli la versione SMD dei componenti in quanto occupano meno spazio e presentano meno elementi parassiti rispetto alla versione through-hole.

Cerca di posizionare tutti i componenti su un unico layer per ridurre il numero di fori di via (in alcune piste scorrono segnali che effettuano commutazioni nell’ordine delle centinaia di kHz). Preferisci il layer superiore: in questo modo eviti che i componenti più voluminosi come gli induttori e i MOSFET cadano oppure si spostino durante la saldatura.

Posiziona il condensatore di ingresso (è indicato come Cbyp) a non più di 3/4mm dal corrispondente pin dell’integrato. Puoi posizionare il condensatore Cin dopo il condensatore Cbyp

Posiziona sempre a non più di 3/4mm dall’integrato LM3150 i condensatori Css,Cvcc,Cff, Cbst e le resistenze Rlim,Rfb1 e Rfb2. Mantieni il più corto possibile il collegamento che comprende i pin delle resistenze Rfb1-Rfb2, il pin del condensatore Cff e il pin FB dell’integrato LM3150 . Puoi, invece, realizzare il collegamento tra il pin della resistenza Rfb2 e l’uscita Vout utilizzando un foro di via per poter raggiungere il piano di uscita. Nel nostro non è stato necessario e anche questo collegamento è stato sbrogliato interamente nel layer TOP.

Sbroglia le net 3,4,5 utilizzando dei poligoni e non delle piste singole.

Sbroglio del DC-DC converter step-down basato sul controllore LM3150 (1°parte)
Sbroglio del DC-DC converter step-down basato sul controllore LM3150 (1°parte)
Sbroglio del DC-DC converter step-down basato sul controllore LM3150 (2°parte)
Sbroglio del DC-DC converter step-down basato sul controllore LM3150 (2°parte)

Sbroglia la net GND utilizzando una diffusione di massa nel layer BOTTOM (in questo caso il convertitore è stato sbrogliato utilizzando due layer)

Presta, infine, attenzione alla dissipazione della scheda. Per migliorare la dissipazione, inserisci un array di fori di via in corrispondenza della piazzola centrale (exposed pad) dell’integrato LM3150 e in corrispondenza delle piazzole di drain dei transistor M1 e M2. Nel layer BOTTOM realizza dei poligoni solo in corrispondenza di queste aree (i poligoni devono essere associati alla stessa NET a cui appartengono i fori di via). Per migliorare la dissipazione e alcuni aspetti legati alla compatibilità elettromagnetica, puoi sbrogliare il circuito utilizzando 4 layer. In questo caso è importante che un layer interno abbia un piano di massa continuo, non interrotto da piste.

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