Op grond van die PCB Die uitleg van die kragtoevoer, hierdie artikel stel die beste PCB -uitlegmetode, voorbeelde en tegnieke bekend om die prestasie van ‘n eenvoudige skakelaar -kragmodule te optimaliseer.

By die beplanning van die uitleg van die kragtoevoer, is die eerste oorweging die fisiese lusgebied van die twee skakelstroomlusse. Although these loop regions are largely invisible in the power module, it is important to understand the respective current paths of the two loops because they extend beyond the module. In lus 1 wat in figuur 1 getoon word, gaan die huidige selfgeleidende ingang-omseilkapasitor (Cin1) deur die MOSFET na die interne induktor- en uitsluitingsomleidingskondensator (CO1) gedurende die deurlopende geleidingstyd van die hoë-end MOSFET, en kom uiteindelik terug na die ingang omleidings kapasitor.

Schematic diagram of loop in the power module www.elecfans.com

Figuur 1 Skematiese diagram van lus in kragmodule

Loop 2 is formed during the turn-off time of the internal high-end MOSFEts and the turn-on time of the low-end MOSFEts. Die energie wat in die interne induktor gestoor word, vloei deur die uitsluitingsomleidingskondensator en lae -end MOSFEts voordat dit na GND terugkeer (sien figuur 1). Die gebied waar twee lusse mekaar nie oorvleuel nie (insluitend die grens tussen lusse) is die gebied met ‘n hoë DI/DT -stroom. Die insetomleidingskondensator (Cin1) speel ‘n sleutelrol in die toevoer van die hoëfrekwensiestroom aan die omskakelaar en die terugvoer van die hoëfrekwensiestroom na sy bronpad.

Die uitsetomleidingskondensator (Co1) dra nie veel wisselstroom nie, maar dien as ‘n hoëfrekwensiefilter vir die skakel van geraas. Om bogenoemde redes moet die invoer- en uitsetkapasitors so na as moontlik aan hul onderskeie VIN- en VOUT -penne op die module geplaas word. Soos in figuur 2 getoon, kan die induktansie wat deur hierdie verbindings gegenereer word, geminimaliseer word deur die bedrading tussen die omleidingskondenseerders en hul onderskeie VIN- en VOUT -penne so kort en wyd moontlik te maak.

Figuur 2 SIMPLE SWITCHER lus

Die vermindering van induktansie in ‘n PCB -uitleg het twee groot voordele. Verbeter eerstens die prestasie van die komponente deur die oordrag van energie tussen Cin1 en CO1 te bevorder. Dit verseker dat die module ‘n goeie hf -omseil het, wat induktiewe spanningspieke verminder as gevolg van hoë DI/DT -stroom. Dit verminder ook geraas en spanning van die toestel om normale werking te verseker. Tweedens, verminder EMI.

Kondensators wat met minder parasitiese induktansie verbind word, vertoon lae impedansie -eienskappe vir hoë frekwensies, wat die geleide straling verminder. Keramiek kapasitors (X7R of X5R) of ander lae ESR tipe kapasitors word aanbeveel. Bykomende ingangskondenseerders kan slegs ter sprake kom as addisionele kapasitors naby die GND- en VIN -eindpunte geplaas word. The Power module of the SIMPLE SWITCHER is uniquely designed to have low radiation and conducted EMI. However, follow the PCB layout guidelines described in this article to achieve higher performance.

Die huidige baanbeplanning word dikwels verwaarloos, maar dit speel ‘n sleutelrol in die optimalisering van die ontwerp van kragtoevoer. In addition, ground wires to Cin1 and CO1 should be shortened and widened as much as possible, and bare pads should be directly connected, which is especially important for input capacitor (Cin1) ground connections with large AC currents.

Aardpenne (kaalblokkies ingesluit), ingangs- en uitgangskondenseerders, sagtestartkapasitors en terugvoerweerstands in die module moet almal aan die luslaag op die PCB gekoppel word. Hierdie luslaag kan gebruik word as ‘n terugkeerbaan met ‘n uiters lae induktansstroom en as ‘n hitte -afvoerapparaat wat hieronder bespreek word.

FIG. 3 Skematiese diagram van module en PCB as termiese impedansie

Die terugvoerweerstand moet ook so na as moontlik aan die FB (terugvoer) pen van die module geplaas word. To minimize the potential noise extraction value at this high impedance node, it is critical to keep the line between the FB pin and the feedback resistor’s middle tap as short as possible. Available compensation components or feedforward capacitors should be placed as close to the upper feedback resistor as possible. For an example, see the PCB layout diagram in the relevant module data table.

For AN example layout of LMZ14203, see the application guide document AN-2024 provided at www.naTIonal.com.

Voorstelle vir hitteverspreiding

Die kompakte uitleg van die modules, terwyl dit elektriese voordele bied, het ‘n negatiewe impak op die ontwerp van hitte -afvoer, waar ekwivalente krag uit kleiner ruimtes afgedryf word. To address this problem, a single large bare pad is designed on the back of the Power module package of the SIMPLE SWITCHER and is electrically grounded. Die kussing help om ‘n baie lae termiese impedansie van die interne MOSFEts, wat gewoonlik die meeste hitte opwek, na die PCB te verskaf.

Die termiese impedansie (θJC) vanaf die halfgeleieraansluiting na die buitenste verpakking van hierdie toestelle is 1.9 ℃/W. Alhoewel die bereiking van ‘n toonaangewende θJC-waarde ideaal is, is ‘n lae θJC-waarde nie sinvol as die termiese impedansie (θCA) van die buitenste verpakking te groot is nie! As daar geen hitte-afvoerpad met ‘n lae impedansie aan die omliggende lug verskaf word nie, sal die hitte op die kaalkussing ophoop en kan dit nie verdwyn nie. So, wat bepaal θCA? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Nou vir ‘n vinnige blik op hoe om ‘n eenvoudige PCB sonder vinne te ontwerp, illustreer figuur 3 die module en PCB as termiese impedansie. Omdat die termiese impedansie tussen die aansluiting en die bokant van die buitenste verpakking relatief hoog is in vergelyking met die termiese impedansie van die aansluiting na die kaal pad, kan ons die θJA -hitte -afvoerpad ignoreer tydens die eerste skatting van die termiese weerstand van die aansluiting tot die omliggende lug (θJT).

Die eerste stap in die ontwerp van hitte -afvoer is om die hoeveelheid krag wat moet versprei te bepaal. Die krag wat deur die module (PD) verbruik word, kan maklik bereken word met behulp van die doeltreffendheidsgrafiek (η) wat in die datatabel verskyn.

Ons gebruik dan die temperatuurbeperkings van die maksimum temperatuur in die ontwerp, TAmbient, en die nominale aansluitingstemperatuur, TJuncTIon (125 ° C), om die termiese weerstand wat nodig is vir die verpakte modules op die PCB te bepaal.

Uiteindelik het ons ‘n vereenvoudigde benadering gebruik van die maksimum konvektiewe hitte-oordrag op die PCB-oppervlak (met onbeskadigde 1-ounce kopervinne en talle koelsinkgate op die boonste en onderste vloere) om die plaatoppervlakte te bepaal wat benodig word vir hitte-afvoer.

Die vereiste benadering van die PCB -area neem nie die rol in wat hitte -afvoergate speel wat hitte van die boonste metaallaag (die pakket is gekoppel aan die PCB) na die onderste metaallaag oor nie. Die onderste laag dien as ‘n tweede oppervlaklaag waardeur konveksie hitte van die plaat kan oordra. Ten minste 8 tot 10 koelgate moet gebruik word sodat die benadering van die bord geldig is. Die termiese weerstand van die koellichaam word benader deur die volgende vergelyking.

Hierdie benadering is van toepassing op ‘n tipiese deurgat met ‘n deursnee van 12 mil met ‘n koper sywand van 0.5 oz. Daar moet soveel as moontlik gate in die koellichaam in die hele gebied onder die kaal ontwerp ontwerp word, en hierdie gate moet ‘n skikking met ‘n afstand van 1 tot 1.5 mm vorm.

gevolgtrekking

Die SIMPLE SWITCHER -kragmodule bied ‘n alternatief vir komplekse ontwerpe van kragtoevoer en tipiese PCB -uitlegte wat verband hou met DC/DC -omsetters. Alhoewel uitleguitdagings uit die weg geruim is, moet daar nog ‘n paar ingenieurswerk gedoen word om die prestasie van die module te optimaliseer met ‘n goeie bypass- en hitte -afvoerontwerp.