PCB'lerde Güç Düzlemi

Her elektronik cihazın güce ihtiyacı vardır. Ancak, gücün bir devreden nasıl aktığı, performansı etkileyebilir. İşte tam bu noktada güç düzlemi devreye girer. Bunlar ne kablo ne de izdir; aksine, bir PCB içinde gücü eşit olarak dağıtan büyük bakır katmanlardır.

Bunları otoyollar olarak düşünün. Arabalar yerine elektrik akımı taşırlar. Onlar olmadan güç iletimi karmaşıklaşır ve voltaj düşer. Dahası, gürültü artar ve sinyaller zayıflar.

Gürültülü bir devre veya dengesiz bir voltajla karşılaştıysanız, güç düzlemleri eksik parça olabilir. Gelin hepsini inceleyelim.

PCB Tasarımında Güç Düzlemi Nedir?

Güç düzlemi, bir PCB'nin içindeki katı bir bakır levhadır. Güç kaynağından devrenin farklı bölümlerine voltaj taşır.

Dönüş yolunu sağlayan bir topraklama düzlemiyle birlikte çalışırlar. Birlikte, düşük empedanslı bir güç dağıtım ağı oluştururlar.

Neden sadece izleri kullanmıyorsunuz? Basit. İzlerin direnci vardır. Bu direnç voltaj düşüşlerine, ısıya ve parazite yol açar. Öte yandan, bir PCB güç düzlemi, gücü geniş bir alana yayar. Daha fazla kararlılık. Daha az gürültü. Daha iyi performans.

Akıllı telefonlardan endüstriyel makinelere kadar neredeyse her karmaşık PCB'de güç düzlemleri bulabilirsiniz. Onlar olmadan devreler güvenilir olmazdı.

Güç Uçaklarının Türleri

Tüm motorlu uçaklar aynı değildir. Başlıca türleri şunlardır:

1. Katı Güç Uçağı

●      Hiçbir kopukluğu olmayan tam bakır katman.

●      Kararlı güç dağılımı için en iyisi.

●      Gürültüyü azaltır ve verimliliği artırır.

2. Bölünmüş Güç Düzlemi

●      Her biri farklı voltaj taşıyan bölümlere ayrılmıştır.

●      Birden fazla güç seviyesine ihtiyaç duyulduğunda kullanılır.

●      Dikkatli tasarlanmazsa gürültüye sebep olabilir.

3. Bakır Döküm Güç Planyası

●      Özel bir katman yerine kalan bakırı kullanır.

●      Güç iletimini büyük ölçüde iyileştirir. Ancak, bir güç uçağı kadar etkili değildir.

●      Düşük güç devrelerinde yaygındır.

Her türün bir amacı vardır. Doğru olanı seçmek devrenin ihtiyaçlarına bağlıdır.

Ortak Güç Düzlemi Konfigürasyonları

Farklı devreler farklı güç düzlemi konfigürasyonları gerektirir. İşte en yaygın kurulumlardan bazıları:

1. Yer Üstü Güç Düzlemi

●      Çoğu PCB tasarımında standarttır.

●      Empedansı azaltır ve sinyal bütünlüğünü iyileştirir.

●      Gücü sabit tutar.

2. Güç ve Toprak Düzlemleri Birlikte Yığılmış

●      Bunları birbirine yakın yerleştirmek ayrışmayı iyileştirir.

●      Gürültüyü filtrelemeye yardımcı olur.

●      Yüksek hızlı devrelerde kullanılır.

3. Çok Katmanlı Güç Uçakları

●      Çoklu voltajlara sahip kompleks PCB'lerde bulunur.

●      CPU'larda, GPU'larda ve yüksek performanslı cihazlarda kullanılır.

●      Bu tip bir yapılandırma, müdahaleyi önlemek için hassas bir tasarım gerektirir.

Her konfigürasyonun kendine göre avantajları vardır. Doğru konfigürasyonu seçmek, güç talebi ve sinyal hızı gibi faktörlere bağlıdır.

Güç Uçakları Neden Önemlidir?

Öyleyse bunların herhangi biri neden önemli?

Çünkü güç düzlemleri devreleri daha kararlı hale getirir. Birçok yönden yardımcı olurlar:

1. Daha İyi Güç Dağıtımı

Ani voltaj düşüşleri veya zayıf bağlantılar yaşanmaz. Güç, karta eşit olarak dağıtılır.

2. Daha Az Gürültü ve EMI

Elektromanyetik girişim (EMI) gerçek bir sorundur. Katı bir güç düzlemi bunu azaltır. Daha temiz sinyaller ve daha az hatayla sonuçlanır.

3. İyileştirilmiş Isı Dağılımı

Bakır ısıyı iletir. Elektrikli uçaklar bu ısının yayılmasına yardımcı olarak sıcak noktaların oluşmasını engeller.

4. Daha Güçlü Sinyal Bütünlüğü

Güç düzlemleri, daha az gürültüyle pürüzsüz dönüş yolları oluşturmak için toprak düzlemleriyle birlikte çalışır. Daha iyi sinyal kalitesi sağlar.

Devreniz stabilite sorunu yaşıyorsa, önce güç düzlemlerine bakın. Sorunu çözmenin anahtarı bunlar olabilir.

PCB Güç Düzlemi için Tasarım Hususları

Bir güç düzlemi eklemek yeterli değildir. Doğru şekilde tasarlanması gerekir. Kötü tasarlanmış bir güç düzlemi, çözdüğünden daha fazla soruna yol açabilir.

Akılda tutulması gereken bazı önemli noktalar şunlardır:

1. Güç ve Toprak Düzlemlerini Yakın Tutun

Gücün bir dönüş yoluna ihtiyacı vardır. Topraklama düzlemi tam da bu işe yarar. Güç ve topraklama düzlemleri birbirinden çok uzaksa, devre gürültü alabilir.

Yan yana katmanlara yerleştirildiğinde doğal bir kapasitör oluşur. Bu, voltaj dalgalanmalarını yumuşatmaya ve paraziti azaltmaya yardımcı olur.

2. Parçalanmayı Önleyin

Bir elektrikli planya mümkün olduğunca kesintisiz olmalıdır. Boşluklar, kesikler veya yarıklar sorunlara yol açabilir.

●      Sinyaller net bir dönüş yolu bulamayabilir.

●      Voltaj dengesizleşebilir.

●      EMI artabilir.

Bir güç düzlemini (birden fazla voltaj için) bölmeniz gerekiyorsa, bunu dikkatli yapın. Uzun boşluklardan kaçının ve açık bir dönüş yolu olduğundan emin olun.

3. Doğru Via Yerleşimini Kullanın

Geçiş noktaları, güç düzlemlerini farklı katmanlara bağlar. Kötü yerleştirilmiş geçiş noktaları darboğazlara ve voltaj düşüşlerine yol açabilir.

İşte yardımcı olacak şeyler:

●      Yüksek akım yolları için birden fazla geçiş yolu kullanın.

●      Direnci azaltmak için, geçiş noktalarını güç tüketen bileşenlerin yakınına yerleştirin.

●      Güç düzlemine bağlanan uzun, ince hatlardan kaçının.

4. Isıl Yönetimi Göz Önünde Bulundurun

Motorlu uçaklar ısıyı dağıtır. Bu iyi bir şey. Ancak, uçak çok fazla akım taşıyorsa, yine de aşırı ısınabilir.

Isıyı yönetmek için:

●      Yüksek güç devreleri için daha kalın bakır katmanları (örneğin 2 oz) kullanın.

●      Isıyı farklı katmanlara iletmek için termal yollar ekleyin.

●      Daha iyi soğutma için yüksek güçlü bileşenleri kenarlara yakın tutun.

5. Döngü Alanlarını En Aza İndirin

Döngü alanı ne kadar büyükse, o kadar fazla EMI elde edersiniz. Güç ve topraklamanın birbirine yakın olması, döngü boyutunu küçülterek paraziti azaltır. Bu, özellikle yüksek frekanslı devrelerde önemlidir.

Güç Düzlemi ve Zemin Düzlemi

Güç ve toprak düzlemleri birlikte çalışırlar, ancak aynı değillerdir.

İşte nasıl karşılaştırdıkları:

İyi bir PCB tasarımı, bunları birbirine yakın bir şekilde eşleştirir. Bu, düşük empedanslı bir güç ağı oluşturarak devreyi daha kararlı hale getirir.

Güç düzlemi iyi tasarlanmazsa, PCB toprak düzlemi de etkili bir şekilde çalışmayacaktır. Her ikisinin birlikte optimize edilmesi gerekir.

Sonuç

Bir güç düzlemi basit görünebilir. Ancak doğru yapmak bir PCB tasarımını başarılı kılabilir veya mahvedebilir.

Güç stabilitesini artırır, gürültüyü azaltır ve sinyal bütünlüğünü iyileştirir. İyi tasarlanmış bir güç düzlemi, ileride daha az sorun yaşanması anlamına gelir.

PCB'niz voltaj düşüşleri, EMI veya ısınma sorunlarıyla boğuşuyorsa, sorun güç düzleminde olabilir. Devreyi optimize edin, devreniz size teşekkür edecektir.