La dernière fois, nous avons passé en revue les bases des régulateurs à découpage : pourquoi ils sont merveilleux, comment trouver une puce de régulateur à découpage adaptée à vos besoins et comment choisir facilement une inductance pour celle-ci. Votre fiche technique doit également vous informer sur les exigences de mise en page. Cependant, ce n’est peut-être pas le cas, ou vous souhaiterez peut-être vous en écarter – examinons plus en détail en quoi consistent ces exigences.
Appréciez les commentaires
Il existe différentes topologies de régulateurs à découpage. En fonction de la topologie de votre régulateur et du nombre de composants que contient votre puce, vous pourriez avoir besoin de composants externes – peut-être une diode Schottky, peut-être un FET, ou peut-être même une paire de FET. Il arrive souvent que le FET soit intégré, et il en va de même pour les diodes, mais avec un régulateur de courant plus élevé (2 A à 3 A et plus), il n'est pas rare d'en avoir besoin d'un externe. Pour les dimensionner, vous devrez vous référer à la fiche technique ou aux cartes existantes.
Une autre chose concerne les condensateurs d'entrée et de sortie – ne lésinez pas sur ceux-ci, car certains régulateurs sont très sensibles à la quantité de capacité avec laquelle ils fonctionnent. De plus, si vous ne prenez pas en compte des éléments tels que la baisse de capacité avec la tension, vous risquez de rendre votre régulateur très mécontent – même si un régulateur linéaire ne serait pas non plus heureux, pour être clair. Nous avons récemment couvert un explicatif à ce sujet – n'hésitez pas à y jeter un oeil !
Une chose dont vous aurez probablement besoin est un diviseur de résistance de rétroaction – à moins que votre régulateur à découpage ne soit préréglé pour une certaine tension ou qu'il soit contrôlé numériquement, vous devez d'une manière ou d'une autre le pointer vers la bonne tension, de manière analogique. De nombreux régulateurs à découpage sont réglés pour une certaine tension de sortie, mais la plupart d'entre eux ne le sont pas, et ils voudront que vous ajoutiez un diviseur de résistance pour savoir quoi sortir. Il existe généralement une formule pour le calcul du diviseur de résistance, alors choisissez une valeur de résistance commune, insérez-la comme l'une des résistances dans la formule, extrayez l'autre valeur de résistance de cette formule et voyez quelle est la valeur la plus proche que vous pouvez réellement acheter. Ne descendez pas en dessous d'environ 10 kΩ pour ne pas avoir de consommation d'énergie inutile au ralenti, mais ne dépassez pas non plus trop 100 kΩ pour assurer une bonne stabilité du circuit.
La fiche technique donne des exemples de valeurs qui totalisent bien environ 1 M,
mais vous pouvez utiliser un diviseur 470k/100k si le courant de repos légèrement plus élevé ne vous dérange pas
Certaines fiches techniques peuvent même contenir un tableau de valeurs pré-calculées que vous pouvez utiliser. Dans ce tableau, ils peuvent nécessiter une valeur de résistance très spécifique, mais vous pouvez généralement la modifier pour les cas où tous vos composants disposent d'une marge de manœuvre suffisante. Cela vous intéresserait-il si votre sortie était de 5,1 V au lieu de 5,0 V, ou de 3,5 V au lieu de 3,3 V ? Habituellement, vous ne le feriez pas, et cela pourrait même être un peu mieux si vous augmentez un peu la tension, alors n'hésitez pas à remplacer cette résistance de 157 kΩ par une résistance de 160 kΩ – exécutez simplement les calculs de la formule de la fiche technique pour vous assurer que vous savez quoi. vous l'obtiendrez réellement.
Respectez la mise en page
Ce n'est pas toujours que vous avez un exemple d'image de mise en page dans la fiche technique. Par exemple, il se peut que vous obteniez simplement une liste d'exigences pour la mise en page, ou même aucune exigence du tout – parfois vous ferez simplement de la rétro-ingénierie d'une carte. Même si votre fiche technique est plutôt bonne, vous aurez parfois envie de vous écarter des exemples d'images fournis dans la fiche technique. Voici quelques lignes directrices pour savoir comment disposer les choses en toute sécurité.
Pour commencer, en ce qui concerne le placement des résistances de rétroaction, vous souhaiterez les placer toutes les deux aussi près que possible de la broche FB – la connexion médiane entre elles (la piste connectée au FB) est la partie sensible, car elle est haute impédance. Ainsi, la connexion FB doit être très courte et, bien sûr, la connexion GND doit être bonne – avoir un via vers le polygone GND au niveau de la résistance FB-GND est une bonne idée. D'un autre côté, vous pouvez tirer la connexion VOUT pour le diviseur de rétroaction sur la couche opposée via des vias, car il s'agit d'une connexion à faible impédance et elle est moins sensible au bruit. Si possible, connectez également la connexion VOUT « après » les condensateurs, afin qu'elle ne mesure pas le point entre l'inductance et les condensateurs, où le courant circule d'avant en arrière.
Il est utile de s'assurer qu'il y a une terre ininterrompue sur la couche directement sous votre régulateur, aussi propre que possible, à l'exception peut-être de cette piste VOUT, mais même cela peut valoir la peine d'être écarté. La commutation se produit à hautes fréquences, entre 100 kHz et 2 MHz, la fiche technique de votre régulateur indiquera laquelle, et c'est un processus bruyant. Tout ce qui est inférieur à un polygone de masse complet et accessible sous les zones de commutation peut, dans le pire des cas, transformer votre régulateur en un véritable problème de bruit dans votre circuit.
Si votre régulateur dispose d'une prise de terre « analogique », respectez-la et voyez ce que dit la fiche technique – la règle habituelle est de la tenir à l'écart de la zone où la commutation se produit. Oh, et il arrive souvent que vous ayez besoin d'un remplissage de masse directement sous le régulateur, sur la même couche également – pour toute commutation qui se produit, qu'il s'agisse d'un FET et/ou d'une diode interne, ou d'un pilote pour portes FET externes. Vous pouvez toujours essayer de créer un prototype d'un circuit régulateur à découpage, mais vous souhaiterez au moins suivre la règle de disposition suivante.
Il est important de placer votre inductance, vos diodes et tous les autres composants tels que les condensateurs aussi près que possible de la puce du régulateur à découpage. Avec le courant qui les traverse à hautes fréquences, les connexions entre elles peuvent toutes devenir des antennes, et plus vous regroupez tous les composants ensemble, plus cette antenne est petite – induisant moins de bruit sur votre circuit, ce qui pourrait interférer avec le WiFi ou d'autres opérations sans fil. , des mesures analogiques ou créer des défauts étranges dans la logique numérique. Encore une fois, c'est à vous d'y penser au cas où il n'y aurait pas de recommandation de mise en page – le plus souvent, il y en a une quelque part dans la fiche technique, alors faites attention ! En ce qui concerne les traces, vous souhaitez fournir une connexion aussi simple que possible. Sur les connexions où la commutation réelle se produit (la connexion SW/LX de la puce à l'inductance), utilisez des avions au lieu de pistes autant que possible.
En général, les régulateurs à découpage sont un peu une source de bruit, alors éloignez-les des composants analogiques ; plus précisément, le côté connecté à l'inductance SW/LX. Cela ne veut pas dire que vous ne pouvez pas utiliser de régulateurs à découpage pour tout ce qui concerne l'analogique : une tonne de cartes et de circuits de microcontrôleurs modernes utilisent de petits régulateurs à découpage, y compris le Pi Pico. Il y aura toujours un peu de bruit sur la sortie par rapport aux régulateurs linéaires, donc si vous souhaitez un rail à faible bruit dans une partie de votre projet, par exemple une tension d'alimentation analogique pour les mesures sensibles, vous pouvez généralement ajouter un rail linéaire de faible puissance. régulateur, ou utilisez un filtre Pi, ou combinez les deux. De plus, si vous avez besoin d'obtenir beaucoup de 3,3 V à faible bruit à partir d'une haute tension comme 20 V, vous pouvez également effectuer une conversion de 20 V à 5 V avec un régulateur à découpage, puis obtenir 3,3 V sur 5 V avec un régulateur linéaire.
Après avoir assemblé votre carte, remarquez-vous que votre régulateur fait du bruit audible ? Ce n'est généralement pas l'inductance elle-même qui est à blâmer, car les fréquences des régulateurs à découpage sont maintenues assez élevées. Le plus souvent, il semble que soit le cycle de service du régulateur, soit les condensateurs sont en cause, en particulier les MLCC, et la façon dont ils interagissent avec votre charge de sortie. Ce n'est pas un problème rare, cependant – voici une page de Murata qui essaie de vous vendre des condensateurs « silencieux » plus sophistiqués, une note amusante de TI et un PDF de Monolithic Power qui vous suggère de traiter votre PCB comme un instrument de musique.
Faites tourner le monde
Les régulateurs à découpage font partie intégrante de notre arsenal et ce depuis longtemps, car ils sont fondamentalement adaptés à de nombreux cas où les régulateurs linéaires échouent. Raspberry Pi est célèbre pour être passé d'un régulateur linéaire à un régulateur à découpage, car le régulateur 1117 uniquement 1A qu'ils utilisaient s'est avéré être un goulot d'étranglement, et nous avons vu pas mal de mods Pi d'avant 2014 où les gens remplaceraient le ancien régulateur linéaire avec un petit module régulateur à découpage pour des économies d'énergie et une réduction de la chaleur. Un autre endroit pour changer de régulateur est celui des appareils alimentés par batterie, où un régulateur linéaire n'est souvent pas un bon choix car l'énergie gaspillée réduit considérablement le temps passé sur une seule charge.
Cela vaut également la peine d'apprendre un peu comment fonctionnent en principe les régulateurs à découpage, et vous pouvez vous amuser avec le concept ! Qu'il s'agisse de fabriquer un régulateur à découpage à partir d'un ampli-op, d'utiliser un ATTiny pour effectuer des tâches de régulateur à découpage ou de réutiliser les modules de régulateur à découpage omniprésents à 1 $ en alimentations à rail négatif, connaître le fonctionnement interne d'un régulateur à découpage rend votre boîte à outils d'autant plus riche. Dans l'ensemble, même si un régulateur à découpage peut nécessiter quelques composants supplémentaires, l'effort supplémentaire en vaut la peine à cent pour cent, et si vous n'avez jamais ajouté de régulateur à découpage à votre carte auparavant, votre prochaine conception pourrait être un bon point de départ !
La prochaine fois, passons aux choses sérieuses : choisissez quelques régulateurs à découpage pour des objectifs courants, puis choisissez les composants et effectuez la configuration de plusieurs régulateurs à la fois, le tout dans une conception open source. Après tout, une image vaut mille mots, et je veillerai à ce qu’il y en ait beaucoup.
