Chào các cao thủ, mình muốn xin chỉ giáo một vấn đề về thiết kế PCB nguồn Flyback.
Hiện tại trên board, đường mạch từ cực D của MOSFET chuyển mạch đến cuộn sơ cấp biến áp có độ rộng hơi mỏng khi đi dây. Bây giờ để nâng cao khả năng chịu dòng của đường mạch này, đồng thời tăng cường tản nhiệt, mình định mở chống hàn trên đoạn đường mạch này rồi phủ thiếc, thông qua việc đắp thêm hàn thiếc để tăng độ dày tương đương cho đường mạch.
Mình muốn hỏi là, cách làm mở chống hàn và tăng độ dày đường mạch ở node chuyển mạch cao áp cực Drain của MOS như vậy thì ảnh hưởng lớn đến nhiễu bức xạ (EMI) của nguồn không? Có phải vì nó tương đương với việc làm tăng diện tích lá đồng của điểm nút chuyển mạch mà lại làm phát xạ bức xạ xấu đi không? Có chi tiết thiết kế nào cần lưu ý không?
Điểm này là nguồn nhiễu EMI chính, vẽ vòng lặp nhỏ lại có thể giảm EMI. Mình… mình muốn tăng tải dòng và tản nhiệt, không biết có làm tăng EMI không, mọi người có ai đã thử qua chưa!
Điều này chắc chắn sẽ có tác động có thể đo lường được. Cực Drain của MOSFET là nút dV/dt cao chính của bạn. Bằng cách để lộ đồng và châm thêm thiếc, bạn đang thực chất làm tăng diện tích bề mặt và thay đổi hình học 3D của đường mạch. Điều này trực tiếp làm tăng điện dung ký sinh đến vỏ máy hoặc các plane lân cận, từ đó làm tăng mạnh nhiễu common-mode. Nếu bạn bắt buộc phải làm vậy cho một mạch prototype thử nghiệm nhanh, hãy giữ cho diện tích lộ càng nhỏ càng tốt. Nhưng thành thật mà nói, việc tinh chỉnh snubber hoặc đơn giản là sản xuất lại bo mạch với layout chặt chẽ hơn là lựa chọn an toàn hơn nhiều để đạt chuẩn tuân thủ EMC.
Vấn đề này cần được nhìn nhận từ hai khía cạnh. Việc mở cửa sổ chống hàn và mạ thiếc thực sự sẽ làm tăng diện tích đồng hiệu dụng của nút chuyển mạch, về mặt lý thuyết sẽ làm tăng điện dung ký sinh đối với mass, trong điều kiện dv/dt không đổi thì dòng điện dịch i=C·dv/dt sẽ tăng lên, bức xạ có nguy cơ trở nên tồi tệ hơn.
Nhưng hiệu quả thực tế lại phụ thuộc vào việc đường mạch ban đầu của bạn mảnh như thế nào. Nếu đường mạch ban đầu đã bị nóng lên nghiêm trọng, điều đó cho thấy điện trở đường mạch quá lớn, hiện tượng rung và gai xung của dạng sóng chuyển mạch có thể đã bị tồi tệ đi do sụt áp điện trở. Lúc này, việc làm dày đường mạch để giảm trở kháng, ngược lại có thể cải thiện được chất lượng dạng sóng chuyển mạch, bù đắp lại hiệu ứng tiêu cực do diện tích tăng lên.
Khuyên bạn nên so sánh dạng sóng đo thực tế ở cực D trước và sau khi mở cửa sổ, tập trung chú ý vào sự thay đổi biên độ rung và tần số. Ngoài ra, vùng mở cửa sổ nên cố gắng chỉ bao phủ phần thân đường mạch, đừng nối liền vào vùng đổ đồng diện tích lớn, hãy kiểm soát tốt lượng gia tăng của „diện tích hiệu quả".
Ông bạn ơi, đường mạch sơ cấp vẽ mỏng quá thì cứ Layout lại luôn đi! Trông chờ vào việc đắp thiếc để tăng tải dòng vốn dĩ là chuyện phi lý rồi. Độ dẫn điện của thiếc chỉ bằng khoảng 1/10 của đồng, muốn đạt tải dòng tương đương thì phải đắp dày đến cỡ nào? Hơn nữa, đoạn mạch ở cực D vốn là vùng nhiễu EMI nặng, vẽ vòng lặp nhỏ là một chuyện, nhưng diện tích đồng ở nút cũng phải thu nhỏ tối đa. Giờ ông lại cố tình làm to ra để tản nhiệt, sau này mà chạy đi test EMC thì tiền test cũng đủ để ông ra board lại tới chục lần đấy. Nghe lời khuyên cho đỡ thiệt, mở rộng đường mạch và dùng đồng dày 2oz mới là chính đạo.
Tôi đã thử chính xác „thủ thuật“ này trước đây để giảm nhiệt độ cho một bộ adapter flyback 65W. Nó có làm EMI tệ đi không? Chắc chắn rồi, đặc biệt là ở dải 30-50 MHz. Lớp hàn sóng dày, không đều đó đã hoạt động như một chiếc ăng-ten phát xạ diện rộng hoàn hảo. Cuối cùng thì, chúng tôi cũng phải tăng điện trở cổng lên một chút để làm chậm sườn xung chuyển mạch chỉ để vượt qua được bài kiểm tra bức xạ, điều này hoàn toàn làm tiêu tan lợi ích tản nhiệt mà chúng tôi đạt được từ lớp hàn kia ngay từ đầu! Đừng dựa vào cách này.
Về cơ chế bức xạ, miễn là kiểm soát chặt chẽ vùng mở cửa sổ và không mở rộng diện tích mặt phẳng của đường mạch ban đầu, thì ảnh hưởng đến EMI thực ra rất nhỏ.
Sự phát xạ từ nút chuyển mạch, bản chất là hiệu ứng ăng-ten vòng do các mạch vòng có dv/dt, di/dt cao tạo ra, cùng với sự ghép chế độ chung ra môi trường bên ngoài thông qua điện dung ký sinh tại nút. Việc mạ thiếc dày thêm chỉ làm tăng chiều dọc của đường mạch, chứ không làm tăng diện tích tương đương bức xạ theo phương ngang; ngược lại, do tiết diện dây dẫn lớn hơn, điện cảm ký sinh và điện trở của đường mạch giảm đi một chút, về mặt lý thuyết thì đỉnh xung chuyển mạch thậm chí còn có thể hạ xuống một chút.
Điều thực sự cần đề phòng là hiện tượng thiếc hàn tràn ra khi châm thiếc thủ công, làm gián tiếp mở rộng đường mạch và tăng diện tích lá đồng ở nút chuyển mạch, đây mới là nguyên nhân dẫn đến sự gia tăng bức xạ ở dải tần cao. Ngoài ra, khuyến nghị nên duy trì khoảng cách đủ lớn giữa đường mạch và đất tham chiếu để tránh điện dung ký sinh tăng lên.