Приветствую, гуру! Хотел бы посоветоваться по вопросу разводки PCB для обратноходового источника питания.
Сейчас на плате дорожка от стока (D) ключевого MOSFET до первичной обмотки трансформатора при трассировке получилась слишком тонкой. Чтобы повысить пропускную способность по току на этом участке и одновременно улучшить отвод тепла, планирую снять паяльную маску на этом отрезке и залудить его, нарастив слой припоя для эквивалентного увеличения толщины проводника.
Подскажите, сильно ли влияет такой подход — снятие маски и утолщение дорожки на высоковольтном коммутационном узле (стоке MOSFET) — на излучаемые помехи (EMI) блока питания? Не приведет ли это к ухудшению излучаемых помех из-за того, что фактически увеличивается площадь медной фольги на коммутационном узле? Есть ли какие-нибудь нюансы проектирования, на которые стоит обратить внимание?
Эта точка — главный источник помех EMI, если развести контур поменьше, можно снизить EMI. Я вот хочу увеличить нагрузку по току и отвод тепла, но не знаю, не возрастет ли из-за этого EMI. Кто-нибудь пробовал!
Это точно даст измеримый эффект. Сток MOSFET — это ваш основной узел с высоким dV/dt. Вскрывая медь и наращивая слой припоя, вы по сути увеличиваете площадь поверхности и меняете 3D-геометрию дорожки. Это напрямую увеличивает паразитную емкость относительно шасси или ближайших полигонов, что усилит ваши синфазные помехи. Если вы вынуждены сделать это для быстрого стендового макета, оставляйте открытую площадь минимальной. Но, честно говоря, подстройка снаббера или просто заказ новой ревизии платы с более плотной разводкой — гораздо более надежный вариант для прохождения сертификации ЭМС.
У этой проблемы две стороны. Лужение в окнах паяльной маски действительно увеличивает эффективную площадь меди ключевого узла. Теоретически это повышает паразитную емкость относительно земли, и при неизменном dv/dt ток смещения i=C·dv/dt увеличивается, что может привести к ухудшению электромагнитного излучения.
Однако фактический результат зависит от того, насколько тонкой была дорожка изначально. Если исходная дорожка уже сильно нагревалась, это говорит о слишком большом сопротивлении проводника, и звон с выбросами на коммутационном сигнале могли уже ухудшиться из-за резистивного падения напряжения. В таком случае утолщение дорожки и снижение импеданса, наоборот, могут улучшить качество формы коммутируемого сигнала, скомпенсировав негативный эффект от увеличения площади.
Рекомендую сначала сравнить измеренные осциллограммы на стоке (D) до и после вскрытия окон маски, обратив особое внимание на изменение амплитуды и частоты звона. Кроме того, старайтесь, чтобы область снятия маски покрывала только саму дорожку, а не переходила в большие полигоны меди, чтобы контролировать прирост «эффективной площади».
Брат, если дорожки на первичке нарисовал слишком тонкими — просто переделай лайаут! Рассчитывать увеличить пропускную способность по току за счет наваливания припоя — это изначально бессмысленная затея. Проводимость припоя раз в пятнадцать ниже, чем у меди, сколько же его надо напаять, чтобы добиться эквивалентной токовой нагрузки? Да и участок дорожки на стоке (D) и так рассадник EMI: сводить петлю к минимуму — это одно, но и площадь узла тоже нужно максимально уменьшать. А ты сейчас ради охлаждения искусственно её раздул. Сходишь потом в EMC-лабораторию, и за тесты заплатишь столько, что хватило бы на десять переделок платы. Послушай доброго совета: расширяй дорожки и используй медь 2 oz — вот это верный путь.
Я уже пробовал именно это «решение» раньше, чтобы снизить нагрев 65-ваттного обратноходового адаптера. Усилило ли это электромагнитные помехи? Ещё как, особенно в диапазоне 30–50 МГц. Толстый, неровный наплыв припоя после пайки волной сработал как идеальная небольшая антенна бокового излучения. В итоге нам пришлось немного увеличить затворный резистор, чтобы замедлить фронт коммутации только ради того, чтобы пройти тест на излучение, что полностью свело на нет все преимущества в охлаждении, которые мы изначально получили от этого припоя! Не стоит на это полагаться.
С точки зрения механизмов излучения, влияние на EMI на самом деле невелико, если строго контролировать область вскрытия маски и не увеличивать площадь исходной дорожки.
Излучение коммутационного узла по своей сути — это эффект петлевой антенны, образуемый контурами с высокими dv/dt и di/dt, а также синфазная связь с внешней средой через паразитную емкость узла. Утолщение слоя припоя лишь увеличивает толщину дорожки в поперечном сечении и не увеличивает эквивалентную площадь излучения в горизонтальном направлении; наоборот, за счет увеличения площади поперечного сечения проводника паразитная индуктивность и сопротивление дорожки незначительно снижаются, так что теоретически коммутационные выбросы могут даже немного уменьшиться.
Чего действительно стоит опасаться, так это растекания припоя при ручном нанесении, что фактически расширяет дорожку и увеличивает площадь медной области коммутационного узла — именно это и приводит к росту излучения на высоких частотах. Также рекомендуется выдерживать достаточный зазор между дорожкой и опорной землей, чтобы избежать увеличения паразитной емкости.