Minimizzazione della capacità ed induttanza delle piste

L'identificazione dei nodi del circuito in cui la tensione varia velocemente indica dove bisogna minimizzare le capacità in quanto la tensione ai capi di queste capacita', come si sa, tende a non variare velocemente. Il nodo formato della congiunzione dell’induttore, del diodo e del MOSFET è il solo nodo appartenete alla sezione di potenza. Questo nodo varia tra il valore zero quando lo switch (M1) e’ on e il valore superiore di una soglia di diodo quando lo switch e’ off. Visto che tale nodo ha un ampia dinamica e varia velocemente si devono costruire le piste, relative a questo nodo, in modo da minimizzare le loro capacità. Se le capacità di questo nodo sono tali da rallentare il transitorio di questo nodo l’efficienza dello stesso regolatore si ridurrà.
Mantenendo le dimensioni di questo nodo piccole non solo si riducono le capacità ma si riducono anche le emissioni EMI che partono da esso. Ovvero si devono usare piste corte ma al tempo stesso si devono usare piste che siano larghe per avere una area di nodo non troppo piccola.
L’identificazione dei rami del circuito in cui si ha variazione veloce della corrente indica dove minimizzare l’induttanza delle piste in quanto l’induttanza si oppone alle variazioni della corrente dualmente al capacitore che si oppone alla variazione di tensione.
Quando la corrente che attraverso un induttore varia velocemente, ai capi di questo si genera un un tensione e un campo elettromagnetico dando origine a problemi di EMI e di tensione indotta tali da danneggiare gli elementi del circuito.
In figura 3 sono mostrati gli andamenti temporali delle correnti per i tre rami del circuito. La corrente I1 non presenta problemi perché varia in modo graduale e già una induttanza e’ presente sul suo percorso ovvero L1.
Poichè la corrente I3 varia in maniera brusca, un eventuale induttanza in serie con il MOSFET potrebbe causare problemi.
Tale induttanza serie include tutte le induttanze del percorso di ritorno verso massa della corrente I3 fino al terminale di massa di CIN (vedi figura 2).
Da notare che la corrente attraverso il capacitore CIN non cambia velocemente in quanto fornisce la porzione AC della corrente dell’induttore I1 ( la batteria/alimentatore fornisce la parte DC).
Una veloce variazione della corrente I2 si ha quando il MOSFET si spegne. Tale corrente fluisce, attraverso D1 e COUT verso massa per cui bisogna minimizzare le induttanze di questi componenti e del percorso di ritorno verso massa.

Figura 3: forme d’onda delle correnti dei rami del regolatore

Quando si considera l’induttanza dei terminali del carico come possibile problema è bene ricordare che se il capacitore di uscita è abbastanza grande e ha una bassa resistenza ESR, allora la tensione ai capi del capacitore è costante e quindi la corrente nel carico resistivo è costante e le induttanze in serie con esso non hanno nessuna influenza supponendo che il carico rimanga costante e non cambi dinamicamente.