[CHIMES]
Selamat datang di angsuran
seri TI Precision Labs
tentang driver motor ini.
Nama saya Pablo Armet,
dan dalam video ini,
saya akan membahas
panduan tata letak PCB terbaik untuk
rangkaian driver motor.
Video pelatihan ini
akan dipecah
menjadi beberapa bagian,
dan kami akan
mengikuti praktik terbaik untuk
tata letak papan laporan aplikasi driver motor yang
tercantum
dalam slide sumber daya
di akhir presentasi.
Pertama, saya akan membahas mengapa
mengikuti pedoman tata letak yang tepat
dan memiliki
tata letak PCB yang baik itu penting.
Kemudian, saya akan memberikan
praktik terbaik
untuk diikuti untuk mengoptimalkan
pentanahan pcb assembly near me (https://szeastwin.evlla.com), meningkatkan
kinerja termal
papan,
cara memilih dan menempatkan vias,
teknik perutean umum, penempatan
kapasitor massal dan bypass
, dan perutean tahap daya
dan penempatan MOSFET.
Mari kita mulai dengan membahas
mengapa memiliki tata letak PCB yang baik
sangat
penting, terutama
dalam aplikasi driver motor.
Meskipun ada
banyak masalah yang
dapat terjadi karena
tata letak PCB yang buruk,
saya akan membahas beberapa masalah paling
umum yang dapat muncul.
Tata letak PCB yang buruk dapat
menyebabkan banyak masalah,
seperti kinerja termal yang buruk
, yang
dapat menyebabkan
driver motor dan komponen lainnya
menjadi terlalu panas dan
berpotensi rusak.
Masalah lain dengan
tata letak fisik yang buruk
adalah peningkatan kapasitor
dan kopling induktif, yang
dapat menurunkan integritas sinyal
dan menyebabkan
rangkaian tidak beroperasi sebagaimana dimaksud.
Peningkatan kebisingan umum dan
diferensial
adalah masalah lain yang disebabkan
oleh tata letak PCB yang buruk.
Slide berikut akan
menyajikan panduan tata letak yang tepat
untuk diikuti untuk mengurangi
masalah yang disajikan dalam slide ini.
Menerapkan
teknik pentanahan yang baik
sangat penting untuk memastikan
tegangan referensi yang stabil
diberikan ke IC dan
komponen sirkuit sekitarnya
dengan kebisingan dan isolasi lainnya.
Dua skema pentanahan yang paling umum
adalah partisi dan grid.
Di tanah partisi
, tanah
untuk sinyal digital, analog,
dan daya tinggi
dipisahkan.
Pemisahan ini memastikan
bahwa alasan bising
dari sinyal daya
tinggi tidak
mengganggu
sinyal digital dan logika yang sensitif.
Dalam skema ground grid
, ground
pad terus menerus di
seluruh papan
untuk memastikan setiap sinyal
memiliki jalur kembali impedansi rendah
ke sumbernya.
Teknik grounding yang tepat
untuk diikuti
tergantung pada
aplikasi desain.
Jika
aplikasinya untuk daya tinggi
, disarankan untuk menggunakan
skema ground partisi.
Jika aplikasinya
untuk daya rendah hingga menengah,
skema ground grid
umumnya direkomendasikan.
Gambar kiri menunjukkan
skema ground grid, di
mana ground sama
antara bagian digital dan
daya papan.
Gambar kanan menunjukkan
skema ground partisi, di
mana ground digital atau logika
dan ground daya
dipisahkan.
Perhatikan bahwa tidak ada
pemisahan fisik yang lengkap
antara dua dasar.
Kedua dasar
terhubung pada satu titik,
yang ditunjukkan oleh
garis oranye pada gambar.
Selain memilih
skema ground yang sesuai,
selalu ada
teknik grounding umum
yang harus diikuti
saat merancang tata letak PCB.
Sangat disarankan untuk
memiliki bidang tanah yang kontinu.
Jika PCB terdiri dari empat
lapisan atau lebih
, buatlah satu lapisan khusus
sebagai ground plane
untuk memastikan sinyal
memiliki jalur balik terpendek
ke sumber daya.
Jika PCB terdiri dari dua
lapisan atau kurang,
pastikan jumlah
ground copper pada setiap
lapisannya maksimal dan kontinu.
Rutekan sinyal dan
tempatkan komponen sedemikian
rupa sehingga
area ardenya dimaksimalkan
dan tidak ada
area tembaga arde
yang secara fisik terpisah
dari bagian arde lainnya.
Juga, pastikan bahwa
diskontinuitas bidang
tanah diminimalkan.
Hal ini dapat dicapai dengan
merutekan jejak secara hati-hati,
mengurangi
jumlah vias bila memungkinkan,
menempatkan vias jauh
dari satu sama lain,
dan menempatkan komponen
sedemikian rupa sehingga
bidang tanah kontinu di
seluruh papan.
Dalam aplikasi dunia nyata
, driver motor
bukanlah perangkat yang ideal, dan
sebagian besar energi
internalnya diubah menjadi panas.
Panas ini harus
ditangani secara efektif
sebelum kerusakan terjadi
pada pengemudi atau
komponen di sekitarnya.
Tata letak PCB yang tepat dapat
membantu menghilangkan panas
dan menjaga pengemudi motor pada
suhu yang disarankan.
Untuk lebih memahami cara
menyebarkan panas secara efektif
dari pengemudi
, penting untuk
memahami jalur yang dilalui panas
dari pengemudi.
Gambar kanan atas
menunjukkan jalur berbeda
yang diambil panas
dari pengemudi.
Jalur diwakili
oleh panah merah.
Semakin besar
panah, semakin banyak panas
yang melewati jalan itu.
Seperti yang dapat dilihat pada
gambar, sebagian besar panas
turun dari
bantalan termal IC
dan menyebar melalui
lapisan internal dan eksternal
papan.
Beberapa panas bergerak
dari kabel ikatan
dan melalui timah
ke jejak lapisan atas.
Bagian lain dari
panas dihamburkan ke udara terbuka di
luar PCB.
Untuk memastikan panas menyebar
secara merata ke seluruh PCB
dan tidak terkonsentrasi di
dekat driver,
berikut adalah beberapa teknik tata letak
yang harus diikuti.
Jika IC memiliki
bantalan termal,
pastikan lapisan atas tembaga
mengalir dari bantalan termal
ke bidang arde
secara terus menerus.
Gambar kanan tengah
menunjukkan dampak
pada kinerja termal
dari penuangan kontinu
versus penuangan terputus-putus.
Ketika tuangan
terputus oleh jejak,
panas terkonsentrasi di
dekat IC,
yang menghasilkan suhu yang lebih tinggi.
Di sisi lain,
ketika penuangan terus menerus
, panas dapat dengan mudah mengalir
melalui kedua sisi perangkat
dan mengurangi
suhu di dekat IC.
Teknik lain untuk meningkatkan
disipasi termal adalah dengan menggunakan tuang
tembaga 1,5 ons atau 2 ons
untuk ketebalan pelapisan.
Meningkatkan ketebalan pelapisan
mengurangi
ketahanan termal efektif,
yang meningkatkan konduktivitas termal
tembaga.
Teknik lain adalah dengan menggunakan
vias termal yang terhubung langsung
alih-alih vias bantuan termal.
Gambar kanan bawah menunjukkan
perbandingan kinerja termal
dari sambungan langsung
dan vias bantuan termal secara berdampingan.
Sambungan langsung
memungkinkan
resistansi termal serendah mungkin
antara saluran dan
lapisan tembaga, yang membantu mencapai
suhu yang lebih rendah.
Terakhir, disarankan
untuk menggunakan lubang termal berukuran minimal 8 mil
dengan diameter 20 mil
langsung di bawah bantalan termal
untuk konduktivitas panas yang optimal.
Kelompokkan
vias termal ke dalam susunan di
dekat daerah dengan
konsentrasi panas tinggi,
seperti bantalan termal
dan daerah di dekat IC.
Vias adalah komponen penting
dalam desain tata letak apa pun.
Ada banyak jenis vias,
tetapi dalam presentasi ini,
kami akan berfokus pada
tipikal vias melalui lubang
karena itu adalah vias yang paling umum
digunakan dalam desain PCB driver motor
.
Berikut adalah beberapa panduan umum yang
harus diikuti saat menggunakan vias.
Pastikan vias memiliki
area tembaga terbuka yang solid alih-alih area tembaga yang terbuka
atau jaring
.
Gambar berlabel 1
menunjukkan keduanya melalui tipe. Via
padat memiliki
area tembaga terbuka yang lebih kontinu,
memungkinkan via untuk
mengalirkan arus lebih efisien.
Pastikan untuk memilih yang
sesuai melalui ukuran
dan kuantitas untuk
kebutuhan kapasitas saat ini yang sesuai.
Tabel berlabel 2
menunjukkan kapasitas arus
untuk ukuran diameter lubang yang berbeda
.
Ukuran diameter via
setidaknya harus
sama dengan lebar jejak.
Ukuran diameter via
, atau
jumlah vias untuk
jejak tertentu,
harus ditingkatkan untuk memungkinkan
lebih banyak arus mengalir
ke lapisan lain.
Jika power atau ground plane
perlu dihubungkan
ke lapisan lain,
pastikan untuk menggunakan multi-vias
atau melalui jahitan.
Multi-vias dan melalui
jahitan berguna
untuk grounding parasit rendah
dan koneksi arus tinggi.
Gambar 3 menunjukkan
contoh multi-vias.
Terakhir, jangan menempatkan vias
terlalu dekat satu sama lain.
Gambar 4 menunjukkan contoh
jarak yang baik dan buruk antara vias.
Memiliki vias dengan
pemisahan yang baik
memungkinkan pesawat
menjadi lebih kontinu
dan
pad sinyal menjadi lebih pendek.
Slide ini menyajikan beberapa
teknik perutean yang penting
untuk diikuti saat merancang
tata letak PCB driver motor.
Teknik pertama adalah
memastikan jejak penggerak gerbang
selebar dan
sesingkat mungkin.
Rekomendasinya adalah memulai
dengan lebar jejak 20 mil
untuk setidaknya ketebalan pelapisan tembaga 1,5 ons
dan
meningkatkan lebar untuk arus yang lebih tinggi.
Untuk driver gerbang,
rutekan jejak
tunggal gerbang sisi tinggi
dan jejak simpul sakelar
sedekat
mungkin untuk meminimalkan
induktansi, area loop, dan
kebisingan yang disebabkan oleh perubahan cepat
dan tegangan yang disebabkan
oleh sakelar.
Untuk driver motor
dengan FET terintegrasi,
perutean ini
dioptimalkan secara internal.
Jangan gunakan jejak sudut kanan
, karena
dapat menyebabkan
masalah interferensi elektromagnetik.
Gambar
berlabel 1 menunjukkan
contoh sudut jejak yang berbeda dan
mengurutkannya dari yang terbaik hingga yang terburuk.
Jika memungkinkan,
selalu gunakan teknik tetesan air mata
saat
beralih dari vias
ke bantalan atau dari
jejak tipis ke tebal.
Menggunakan tetesan air mata mengurangi
tekanan termal
dari transisi tunggal.
Gambar berlabel 2 menunjukkan
contoh tetesan air mata.
Rutekan jejak dalam
pasangan paralel, atau
dikenal sebagai pasangan diferensial,
saat merutekan di sekitar objek.
Misalnya, saat merutekan
sinyal dari penguat indra arus
,
pastikan jejak
tetap
sedekat mungkin untuk
menghindari impedansi diferensial
dan diskontinuitas yang
disebabkan oleh jejak terpisah.
Gambar 3 menunjukkan
contoh routing pasangan paralel yang baik dan buruk.
Teknik perutean umum terakhir
adalah memiliki pentanahan terpisah
untuk bagian analog dan digital
dari rangkaian untuk
mengurangi gangguan arde.
Gambar 4 menunjukkan ilustrasi
topologi routing yang benar dan salah
.
Kapasitor curah dan bypass
adalah komponen penting
dalam desain driver motor.
Kapasitor curah membantu mengurangi transien
arus frekuensi rendah
dan menyimpan muatan untuk
memasok arus besar yang dibutuhkan
oleh sistem motor.
Kapasitor bypass digunakan untuk
meminimalkan kebisingan frekuensi tinggi
ke dalam
pin suplai driver motor.
Slide ini akan
menunjukkan beberapa panduan yang
harus diikuti untuk memilih dan
menempatkan berbagai
kapasitor curah dan bypass yang biasanya
digunakan dalam rangkaian driver motor.
Tempatkan semua kapasitor curah di
dekat titik masuk
daya papan.
Ini akan memastikan bahwa
transien frekuensi
rendah ditekan sebelum
bergerak lebih jauh ke PCB.
Saat memilih
kapasitansi curah,
selalu pertimbangkan
arus tertinggi yang
dibutuhkan oleh sistem motor
, riak tegangan suplai
, dan jenis motor.
Untuk driver yang memiliki
pompa muatan terintegrasi,
tempatkan kapasitor pompa muatan
atau kapasitor bootstrap
sedekat mungkin dengan driver.
Ini akan memastikan
bahwa jejak
impedansi induktansi antara
kapasitor dan
pin pompa muatan pada
driver diminimalkan.
Impedansi induktif jejak tinggi
dapat menyebabkan osilasi yang tidak diinginkan
yang dapat mempengaruhi
kinerja pompa muatan.
Pastikan kapasitor bypass lokal
berada pada lapisan yang
sama dengan IC driver
dan dekat dengan driver.
Ini untuk memastikan
bahwa jejak sinyal
antara kapasitor bypass
dan IC
berada di lapisan yang sama
tanpa
perlu menggunakan vias, yang dapat
meningkatkan induktansi dalam jejak.
Gambar 1 menunjukkan skema di
mana kapasitor bypass massal lokal
harus ditempatkan.
Perhatikan bahwa
kapasitor dengan nilai lebih rendah
ditempatkan lebih dekat ke IC.
Hindari menempatkan vias antara
kapasitor bypass
dan driver.
Vias akan
meningkatkan induktansi
dalam loop arus tinggi
, yang tidak ideal.
Gambar 2 menunjukkan contoh
bypass yang baik dan buruk.
Pada tahap daya, gunakan
kapasitor keramik kecil
untuk melemahkan transien frekuensi tinggi
yang terjadi ketika
jembatan tepi beralih.
Gambar 3 menunjukkan
skema tahap daya
dan di mana kapasitor
harus ditempatkan.
Pastikan untuk meminimalkan
loop frekuensi tinggi
sebanyak mungkin.
Jika perangkat memiliki
amplifier penginderaan arus terintegrasi,
tempatkan kapasitor penyaringan di
dekat
pin penginderaan untuk menyaring
kebisingan dari sinyal.
Sebuah kapasitor sekitar satu
nanofarad dianjurkan.
Untuk perangkat dengan
regulator tegangan,
kapasitor keramik kecil
harus ditempatkan di dekat
output regulator.
Selalu pastikan untuk
meminimalkan
loop balik arde ke
pin arde perangkat.
Penempatan dan tata letak PCB
dari MOSFET daya
sangat penting,
terutama untuk driver gerbang
untuk memastikan fungsionalitas yang benar
dalam sistem driver motor.
Untuk perangkat dengan
MOSFET terintegrasi,
tata letak dan
penempatan dioptimalkan secara internal.
Slide ini akan
menunjukkan beberapa contoh tata letak dasar
, berdasarkan
arsitektur driver motor umum.
Pedoman yang paling penting
untuk diikuti
adalah menempatkan
MOSFET sedemikian rupa
sehingga area
loop frekuensi tinggi
diminimalkan.
Gambar 1 dan 2 masing-masing menunjukkan
contoh tata letak yang direkomendasikan untuk konfigurasi
tumpukan setengah jembatan dan
setengah jembatan
.
Bagian kiri setiap gambar
menunjukkan contoh tata letak
paket MOSFET lead-in,
dan bagian kanan
menunjukkan contoh tata letak
paket MOSFET non-lead.
Perhatikan bahwa dalam kedua
contoh,
MOSFET ditempatkan sangat
dekat satu sama lain
untuk mengurangi
area loop arus tinggi
dan induktansi jejak parasit.
Induktansi parasit
dalam tahap daya
harus diminimalkan untuk
mengurangi osilasi dering simpul sakelar
.
Dering simpul sakelar
adalah osilasi OC
yang terjadi pada simpul sakelar,
yang merupakan simpul tempat
terminal motor terhubung.
Osilasi
ini tidak diinginkan
dan dapat menyebabkan kebisingan EMI tinggi dan
menciptakan tegangan overshoot dan undershoot
, yang dapat melanggar
peringkat maksimum absolut
MOSFET.
Gambar 3 menunjukkan
parasitik umum, seperti induktansi
di saluran pembuangan dan jejak sumber yang
ditemukan di setengah jembatan.
Cara terbaik untuk meminimalkan
dering sakelar-simpul
adalah dengan tata letak PCB yang cermat.
Gunakan tindakan eksternal,
seperti mengurangi laju perubahan tegangan
atau menyertakan
snubber RC eksternal
untuk meminimalkan dering simpul sakelar
saat diperlukan.
Laju perubahan tegangan dapat dikurangi
dengan menempatkan resistor
di gerbang MOSFET, atau dengan menggunakan teknologi
Texas Instruments Smart Gate
Drive yang
memungkinkan penyesuaian laju perubahan tegangan dengan mudah
.
Solusi lain untuk
meminimalkan dering sakelar-simpul
adalah menempatkan sirkuit snubber
antara saluran pembuangan
dan sumber
setiap MOSFET, yang
dapat membantu menyaring
osilasi yang tidak diinginkan.
Seperti disebutkan sebelumnya
, sangat
disarankan untuk mengoptimalkan
tata letak PCB untuk mengurangi
jalur loop arus tinggi.
Loop arus tinggi
dalam tahap daya
ditunjukkan oleh jalur merah
pada Gambar 4.
Jalur loop ini dapat diminimalkan
dengan menggunakan jejak lebar dan pendek
dan mengurangi jumlah
lompatan lapisan dalam loop.
Terima kasih telah melihat
angsuran Seri
Lab Presisi Texas Instruments ini
pada driver motor.
Untuk mempelajari lebih lanjut tentang topik yang
tercakup dalam video pelatihan ini,
baca laporan aplikasi “Praktik Terbaik untuk
Tata Letak Papan Pengemudi Motor”
yang tercantum dalam slide sumber daya
dari presentasi ini.
Juga, untuk mempelajari lebih lanjut tentang
sumber daya teknis driver motor
dan menelusuri
katalog produk driver motor Texas Instruments
, silakan kunjungi
halaman driver motor di ti.com.