Понижающий преобразователь нестабильного выходного напряжения

Самое главное в схеме DC-DC — минимизировать площадь горячего контура . Это сводит к минимуму как его индуктивность (вызывающую пики L.di/dt), так и излучение.

Горячая петля — это петля с наибольшим значением di/dt. В случае понижающего преобразователя входной ток представляет собой прямоугольную волну, а выходной ток — треугольник, поэтому наибольшее значение di/dt приходится на входную сторону. Для усиления все наоборот.

Это означает, что вы должны сначала разместить входные конденсаторы как можно ближе к чипу с толстыми короткими соединениями. В идеале Vin и GND должны быть плоскостями или медными заливками, а не дорожками, потому что чем шире дорожка, тем меньше индуктивность.

Ближайший входной конденсатор должен иметь наименьшую индуктивность (например, SMD MLCC X7R/X5R). Если используется несколько конденсаторов, физически меньше конденсатора с низкой индуктивностью. Обратите внимание, что единственная польза конденсаторов 100 нФ в этом случае заключается в том, что они крошечные; индуктивность зависит только от размера корпуса и монтажа на печатной плате (переходные отверстия и т. д.), а не от номинала. Если вы припаиваете вручную и вам не нравятся 0402 колпачки (кто любит?), то выберите корпус, который вам удобно паять, затем выберите наибольшую емкость в этом корпусе в X7R, затем поместите его рядом с выводами. Помните, что MLCC теряют емкость при изменении напряжения, поэтому конденсатор 0603 на 10 мкФ может иметь меньшую реальную емкость при 12 В, чем конденсатор 0805 на 4,7 мкФ. Если сомневаетесь, погуглите "murata simsurfing", нажмите на шапки, там есть кнопка для отображения C против V и сравнения различных шапок.

Затем вам понадобятся входные конденсаторы, способные выдержать пульсирующий ток, равный полному току индуктора на частоте 500 кГц. Если вы не хотите использовать причудливые полимеры, самым дешевым вариантом с наименьшей индуктивностью, вероятно, будет несколько MLCC 10 мкФ. Обратите внимание, что для хобби-проектов MLCC намного дешевле, поэтому, если вы сделаете входные и выходные колпачки одинаковыми, вы сэкономите деньги. По сути, возьмите полоску одного значения, например, 10 мкФ 25 В, и если вам нужно больше мкФ, просто поставьте их больше.

После того, как входные конденсаторы размещены, вы можете разместить индуктор и выходные конденсаторы, чтобы оптимизировать горячий контур с более низким приоритетом. Лучше, если контакты GND входных/выходных колпачков и микросхемы находятся на одной и той же медной заливке, что создает меньший ВЧ-ток в заземляющем слое.

Что касается заземления, то на вашей плате оно есть, но переходных отверстий к нему нет, так что оно бесполезно. Это означает, что заземляющая часть обоих контуров будет проходить через ближайшее сквозное отверстие к заземляющей пластине, которым в данном случае является контакт GND разъема:

Лучше просто поставить колпачки рядом с чипом и использовать широкие медные заливки с большим количеством переходных отверстий на землю. Если поставить переходные отверстия ниже чипа, то можно и термопрокладку снизу припаять паяльником.

Поскольку SW-узел имеет большое значение dv/dt, его емкость следует минимизировать, т.е. использовать тонкую короткую дорожку. Достаточно широкий для тока, но не шире.

Во-первых, как указал @Kartman в комментариях, замените электролитические конденсаторы керамическими . Оба они, C2 и C3.

Во-вторых, я настоятельно рекомендую вам переделать разводку печатной платы.

1. Первое правило этих преобразователей состоит в том, что след SW должен быть как можно меньше . У вас есть эти огромные медные заливки, торчащие за пределы L3 и C3. Избавьтесь от них, у вас уже есть медь, идущая от чипа к компонентам, не проходите мимо них.
2. То же самое для зоны GND, выступающей за C4, R3, R2. Избавьтесь от него, и вы сможете разместить L3, C3 намного ближе к чипу , что является вторым правилом для этих преобразователей. Не забудьте также переместить C2 как можно ближе.
3. Добавьте тепловые VIA на дорожку GND под чипом.
4. Уберите тепловой зазор в зонах GND, VIN и VOUT, подключенных к компонентам преобразователя. Вы ограничиваете рассеивание тепла И допустимую нагрузку по току этих критических дорожек. Сделайте эти зоны отдельными от тех же цепей, если вы хотите сохранить тепловой зазор на остальной части цепи и соединить зоны вне частей преобразователя.
5. Пока вы занимаетесь этим, я рекомендую увеличить тепловой зазор и расстояние между дорожками для остальной части схемы . Верх и низ. Эти усы между контактами возмутительны, а некоторые расстояния между дорожками вызывают беспокойство.

3,3 мкГн слишком мало для вашего приложения (вы, вероятно, скопировали типичную схему приложения из таблицы данных).

Расчетное значение составляет 5,8 мкГн. Я не знаю, какой Pi вы используете, но в зависимости от модели RaspPi может потреблять слишком много тока при запуске. Таким образом, вы должны использовать более высокую индуктивность с более высоким током насыщения. Также вы должны учитывать SRF катушки индуктивности при выборе катушки индуктивности.