Cet article a été rédigé par un de mes amis qui demandait de l'aide sur une carte dotée d'un cœur ESP32. La carte produit 2,1 V au lieu de 3,3 V, et il ne semble pas que des résistances de rétroaction mal calculées soient à blâmer – jetons un coup d'œil à la disposition. Ensuite, jetons également un coup d'œil à une entrée de revue de conception récemment envoyée, basée sur un circuit intégré qui semble parfait pour tous vos besoins portables Raspberry Pi !
Qu’est-ce qui aurait pu mal se passer ?
Voici la planche dans toute sa splendeur à deux couches. C'est le genre de carte que vous pouvez utiliser pour piloter des bandes Neopixel 5 V ou 12 V avec un firmware comme WLED – exactement le genre de gadget que vous voudrez utiliser pour des expériences avec des bandes LED ! L'alimentation de 3,3 V est fournie par un circuit intégré Texas Instruments TPS54308, et c'est celui qui a des ratés, alors jetons un coup d'œil.
La conception comporte un ESP32 du côté opposé du régulateur à découpage. À des fins de révision, retirons le circuit régulateur – désactivons toutes les couches avant (cuivre, soie, masque, cour et pâte), masquons les vias, puis sélectionnons le circuit régulateur et déplaçons-le. J'ai également ajouté des étiquettes de réseau au circuit – voici une capture d'écran.
Il y a des choses qui se font ici, bien sûr, et certaines choses qui pourraient être à l'origine d'une réglementation inappropriée. Si vous souhaitez des conseils, vous pouvez consulter la fiche technique TPS54308, page 22, pour des recommandations de mise en page. Les nœuds SW et FB sont assez longs et la trace FB va juste à côté de VOUT – avant la régulation.
De plus, d'après le brochage ainsi que les recommandations de disposition, il semble que ce régulateur soit conçu de manière à ce que tous les circuits de commutation puissent être correctement acheminés. Pourtant, cette conception fait en sorte que l'inducteur aille jusqu'au côté soi-disant sensible. Heureusement, c'est facile à résoudre.
Rafraîchissement – Les traces FB et SW doivent être aussi courtes que possible, l'inductance aussi proche que possible du SW, et la connexion VOUT à FB peut être une piste séparée sur l'autre couche. Dans cet esprit, déplaçons l'inductance de l'autre côté du régulateur, déplaçons les résistances FB vers la broche FB et voyons jusqu'où nous allons.
Mon avis par rapport à la recommandation de TI
C'est mon point de vue. Les résistances FB se sont déplacées d'un côté, commutant les composants de l'autre, la piste VOUT sur une autre couche. Ajoutez des condensateurs et des vias si nécessaire, et tirez les pistes sous les composants pour obtenir des connexions à la terre supplémentaires si nécessaire. Bien sûr, idéalement, SW serait un polygone de cuivre, tout comme VOUT. Je montre également comment EN pourrait être retiré, au cas où vous en auriez besoin – dans ce schéma particulier, EN peut être laissé flottant en toute sécurité, mais la plupart des régulateurs voudront que vous le tiriez soit vers VIN, soit vers GND.
Puisqu'il s'agit d'une puce TI, elle dispose également d'un schéma pour la recommandation de mise en page ! Voyons à quel point nous sommes loin du compte, et il semble que nous ne soyons pas si loin. Curieusement, il veut que nous mettions SW sur une autre couche. Faire passer le courant de commutation à travers une inductance supplémentaire ne me convient pas personnellement, mais je suppose qu'ils veulent minimiser le courant de commutation circulant sous le régulateur, comme le suggère la recommandation.
Une autre partie qui me paraît curieuse est une suggestion de connexion Kelvin pour la broche GND du réseau FB. TI publie également des données pour les cartes d'évaluation, et le TPS54308 dispose effectivement d'une telle carte. En voyant à la page 13 de la fiche technique de la carte d'évaluation, je ne vois pas vraiment de connexion Kelvin, à moins que Kelvin ne soit le nom de l'ingénieur impliqué dans la conception de la carte. Je vois que GND est exploité avec un via loin de la zone où la commutation se produit, donc c'est peut-être juste ça.
À ce stade, je suis curieux de savoir si mon point de vue est un facteur décisif, mais puisque les recommandations de TI sont disponibles, je pourrais finir par mettre en œuvre exactement cela et renvoyer les fichiers. Nous prenons donc ce circuit, le réimplantons dans la carte, commandons une nouvelle révision et croisons les doigts.
Un UPS adapté à Pi, sur un timbre
Il y a une semaine, [Lukilukeskywalker] a partagé un tableau avec nous, demandant une révision de la conception. La carte est un tampon qui abrite une puce LTC4040, et la puce elle-même est un régal. Il prend 5 V, produit 5 V et lorsqu'il est connecté, il génère 5 V à partir d'une batterie. Il prend en charge à la fois le LiIon ordinaire, peut atteindre 2,5 A et semble être une option parfaite si vous souhaitez alimenter un Raspberry Pi ou tout autre SBC alimenté par 5 V en déplacement.
Il y a quelques petites lenteurs à choisir sur cette planche. Par exemple, le connecteur de la batterie est JST-SH, à 3 broches, avec une broche pour BATT+. 2,5 A à 5 V signifie 12,5 W signifie jusqu'à 4 A au niveau de la batterie de 3,5 V, ce qui pourrait simplement faire fondre un connecteur JST-SH ou le calibre de fil que vous pouvez attacher à un contact métallique de taille JST-SH. Cependant, c'est l'heure du changement de régulateur, alors jetons un coup d'œil à cela spécifiquement.
Voici une autre chose que vous remarquerez peut-être immédiatement : l'absence de chemin de terre depuis les connexions de terre du circuit intégré, jusqu'au chemin de commutation. En particulier, le chemin de commutation est interrompu par quelques traces, et il ne semble pas que ces traces doivent être là ! La page 22 de la fiche technique du LTC4040, qui répertorie les recommandations de configuration, insiste également sur ce point, en précisant que « les courants à haute fréquence dans la boucle chaude ont tendance à circuler le long d'un chemin miroir sur le plan de masse qui se trouve directement sous le chemin incident sur le plan supérieur. du conseil d’administration ».
Eh bien, il n'y a que deux pistes qui interrompent réellement le chemin de commutation au-dessus d'elles, et les deux pourraient être déplacées vers la gauche. L’un d’eux est destiné à une résistance qui définit la limite du courant de charge, et un autre est destiné à un plot crénelé. Déplacer ce dernier va briser la symétrie, mais rappelez-vous : il n'y a rien de mal à ce qu'un tampon soit asymétrique, cela vous aide à vous assurer qu'il est correctement monté sur votre planche !
Malheureusement, même si Linear Tech fabrique des technologies sophistiquées, les données de leur carte d'évaluation ne sont pas aussi disponibles que celles de TI : il existe un PDF avec des schémas, mais aucune donnée de mise en page que j'ai pu trouver. Cependant, en comparant les images, vous pouvez voir que la disposition générale de la zone de commutation est correcte, notre hacker utilise correctement les polygones, le circuit de feedback est plutôt sympa – ce sont juste ces deux pistes qui sont un peu grossières au niveau de la commutation. le régulateur en fait partie. Quant à revoir le reste du forum, vous pouvez lire cet article !
Vers un avenir puissant
Vous avez des modèles de régulateurs à découpage qui ne fonctionnaient pas correctement lorsque vous les avez testés, ou pour lesquels vous n'avez pas encore commandé et pour lesquels vous êtes prudent ? Montrez-les-nous ci-dessous dans les commentaires, et jetons un coup d'œil ; vos circuits méritent de fonctionner à leur meilleure capacité possible.
Et, comme d'habitude, si vous souhaitez une révision de conception pour votre carte, soumettez-nous une astuce avec [design review] dans le titre, un lien vers les fichiers de votre tableau. Les fichiers de conception KiCad sont fortement préférés, les fichiers stockés dans le référentiel (GitHub/GitLab/etc) et les liens .zip douteux Google Drive/Dropbox/etc sont acceptés.
