Əsaslanan PCB enerji təchizatı düzeni, bu sənəd, ən yaxşı PCB düzeni metodunu, nümunələri və sadə dəyişdirici güc modulunun performansını optimallaşdırmaq üçün üsulları təqdim edir.

Enerji təchizatı planını planlaşdırarkən, ilk növbədə iki keçid cərəyanının fiziki döngə sahəsi nəzərə alınır. Bu döngə bölgələri güc modulunda böyük ölçüdə görünməsə də, iki döngənin müvafiq cari yollarını anlamaq vacibdir, çünki onlar moduldan kənara çıxır. Şəkil 1-də göstərilən döngə 1-də, cari özünü keçirən giriş bypass kondansatörü (Cin1), yüksək səviyyəli MOSFET-in davamlı keçiriciliyi zamanı MOSFET-dən daxili indüktora və çıxış bypass kondansatörünə (CO1) keçir və nəhayət geri qayıdır. giriş bypass kondansatörü.

Www.elecfans.com güc modulundakı döngənin sxematik diaqramı

Şəkil 1 Güc modulundakı döngənin sxematik diaqramı

Loop 2, daxili yüksək səviyyəli MOSFEts-in sönmə vaxtı və aşağı səviyyəli MOSFEts-in açılma vaxtı zamanı yaranır. Daxili induktorda saxlanılan enerji GND -ə qayıtmadan əvvəl çıxış bypass kondansatöründən və aşağı uclu MOSFEtsdən keçir (bax Şəkil 1). İki döngənin üst -üstə düşmədiyi bölgə (döngələr arasındakı sərhəd daxil olmaqla) yüksək DI/DT cərəyanına malik olan bölgədir. Giriş bypass kondansatörü (Cin1), çeviriciyə yüksək tezlikli cərəyanın verilməsində və yüksək tezlikli cərəyanın qaynaq yoluna qaytarılmasında əsas rol oynayır.

Çıxış bypass kondansatörü (Co1) çox AC cərəyanı daşımır, lakin səs-küyü dəyişdirmək üçün yüksək tezlikli filtr rolunu oynayır. Yuxarıda göstərilən səbəblərə görə giriş və çıxış kondansatörləri moduldakı müvafiq VIN və VOUT pinlərinə mümkün qədər yaxın yerləşdirilməlidir. Şəkil 2 -də göstərildiyi kimi, bu keçidlərin yaratdığı endüktans, bypass kondansatörləri ilə müvafiq VIN və VOUT pinləri arasındakı naqilləri mümkün qədər qısa və geniş etməklə minimuma endirilə bilər.

Şəkil 2 SADƏ SWITCHER döngəsi

Bir PCB düzülüşündə endüktansın minimuma endirilməsinin iki böyük faydası vardır. Birincisi, Cin1 və CO1 arasında enerji ötürülməsini təşviq edərək komponent performansını artırın. Bu, yüksək DI/DT cərəyanı səbəbindən induktiv gərginlik zirvələrini minimuma endirərək, modulun yaxşı bir hf bypassına malik olmasını təmin edir. Normal işləməsini təmin etmək üçün cihazın səs -küyünü və gərginlik stressini də minimuma endirir. İkincisi, EMI -ni minimuma endir.

Daha az parazitar endüktansa bağlı olan kondansatörler yüksək tezliklərdə aşağı empedans xüsusiyyətlərini nümayiş etdirir, beləliklə də aparılan radiasiyanı azaldır. Seramik kondansatörler (X7R və ya X5R) və ya digər aşağı ESR tipli kondansatörlər tövsiyə olunur. Əlavə giriş kondansatörleri, yalnız GND və VIN uclarına yaxın əlavə kondansatörler yerləşdirildikdə işə düşə bilər. SADƏ SWITCHER -in Güc modulu, aşağı radiasiya və keçirilmiş EMI üçün unikal şəkildə hazırlanmışdır. Bununla birlikdə, daha yüksək performans əldə etmək üçün bu yazıda təsvir olunan PCB düzeni qaydalarına əməl edin.

Dövrə cari yollarının planlaşdırılması çox vaxt laqeyd qalır, lakin enerji təchizatı dizaynının optimallaşdırılmasında əsas rol oynayır. Bundan əlavə, Cin1 və CO1 -ə olan torpaq telləri mümkün qədər qısaldılmalı və genişləndirilməlidir və çılpaq yastıqlar birbaşa bağlanmalıdır ki, bu da böyük AC cərəyanları ilə giriş kondansatörünün (Cin1) torpaq əlaqələri üçün xüsusilə vacibdir.

Torpaqlanmış pinlər (çılpaq yastıqlar daxil olmaqla), giriş və çıxış kondansatörləri, yumşaq başlanğıc kondansatörləri və moduldakı geribildirim rezistorları hamısı PCB üzərindəki döngə qatına bağlanmalıdır. Bu döngə təbəqəsi, son dərəcə aşağı endüktans cərəyanı olan bir dönüş yolu və aşağıda müzakirə olunan bir istilik yayma cihazı olaraq istifadə edilə bilər.

ŞƏKİL. 3 İstilik empedansı olaraq modul və PCB -nin sxematik diaqramı

Geribildirim müqaviməti də modulun FB (geribildirim) pininə mümkün qədər yaxın yerləşdirilməlidir. Bu yüksək empedans qovşağında potensial səs çıxarma dəyərini minimuma endirmək üçün FB pimi ilə geribildirim rezistorunun orta kranı arasındakı xəttin mümkün qədər qısa olması vacibdir. Mövcud kompensasiya komponentləri və ya irəli ötürücü kondansatörler mümkün olduğu qədər yuxarı əks əlaqə müqavimətinə yaxın yerləşdirilməlidir. Məsələn, müvafiq modul məlumat cədvəlindəki PCB düzeni diaqramına baxın.

LMZ14203 modelinin AN nümunəsi üçün www.naTIonal.com saytında təqdim olunan AN-2024 tətbiq bələdçi sənədinə baxın.

İstilik Dağılımı Dizayn Təklifləri

Modulların kompakt düzeni, elektrik faydaları təmin edərkən, ekvivalent gücün daha kiçik məkanlardan dağıldığı istilik yayılma dizaynına mənfi təsir göstərir. Bu problemi həll etmək üçün SADƏ SWITCHER -in Güc modulu paketinin arxa tərəfində tək böyük bir çılpaq yastıq nəzərdə tutulmuşdur və elektrik cərəyanına malikdir. Yastıq, adətən istiliyin çox hissəsini yaradan daxili MOSFEts -dən PCB -yə olduqca aşağı termal empedans təmin etməyə kömək edir.

Yarımkeçirici qovşağından bu cihazların xarici paketinə qədər olan istilik empedansı (θJC) 1.9 ℃/W təşkil edir. Sektorun qabaqcıl θJC dəyərinə nail olmaq ideal olsa da, xarici paketin havaya olan istilik empedansı (θCA) çox böyük olduqda aşağı bir θJC dəyərinin heç bir mənası yoxdur! Ətrafdakı havaya aşağı empedanslı bir istilik yayma yolu verilməsə, istilik çılpaq yastığa yığılacaq və yayılmayacaq. Bəs θCA nəyi müəyyən edir? Çılpaq yastıqdan havaya olan istilik müqaviməti tamamilə PCB dizaynı və əlaqəli istilik qəbuledicisi tərəfindən idarə olunur.

İndi qanadları olmayan sadə bir PCB -nin necə dizayn ediləcəyinə sürətli baxmaq üçün, şəkil 3 -də modul və PCB termal empedans kimi göstərilmişdir. Qovşaqla xarici paketin üstü arasındakı istilik empedansı, qovşaqdan çılpaq yastığa qədər olan istilik empedansı ilə müqayisədə nisbətən yüksək olduğu üçün, qovşaqdan istilik müqavimətinin ilk qiymətləndirilməsi zamanı θJA istilik yayılma yolunu gözardı edə bilərik. ətrafdakı hava (θJT).

İstilik yayma dizaynında ilk addım, yayılacaq gücün miqdarını təyin etməkdir. Modulun (PD) istehlak etdiyi enerji, məlumat cədvəlində dərc edilmiş səmərəlilik qrafikindən (η) istifadə etməklə asanlıqla hesablana bilər.

Daha sonra, PCB üzərindəki paketli modullar üçün lazım olan istilik müqavimətini təyin etmək üçün dizayndakı maksimum temperatur, TAmbient və nominal qovşaq temperaturu TJuncTIon (125 ° C) olan temperatur məhdudiyyətlərindən istifadə edirik.

Nəhayət, istilik yayılması üçün lazım olan boşqab sahəsini təyin etmək üçün PCB səthindəki maksimum konvektiv istilik köçürməsinin (zədələnməmiş 1 unsiya mis qanadları və həm üst, həm də alt mərtəbələrdə çoxsaylı soyuducu delikləri ilə) sadələşdirilmiş bir yaxınlaşdırmasından istifadə etdik.

Lazım olan PCB sahəsinin yaxınlaşdırılması, üst metal təbəqədən (paket PCB ilə bağlıdır) alt metal təbəqəyə istilik ötürən istilik yayma deliklərinin oynadığı rolu nəzərə almır. Alt təbəqə, konveksiyanın plitədən istilik ötürə biləcəyi ikinci bir səth təbəqəsi kimi xidmət edir. Lövhə sahəsinin yaxınlaşmasının etibarlı olması üçün ən az 8-10 soyuducu delik istifadə edilməlidir. Soyuducunun istilik müqaviməti aşağıdakı tənlik ilə təxmin edilir.

Bu təxmini diametri 12 mil olan mis yan divarı olan 0.5 millimetrlik tipik bir çuxura aiddir. Çılpaq yastığın altındakı bütün ərazidə mümkün qədər çox soyuducu deşik dizayn edilməlidir və bu radiator delikləri 1 ilə 1.5 mm aralığında bir sıra təşkil etməlidir.

nəticə

SADƏ SWITCHER güc modulu, DC/DC çeviriciləri ilə əlaqəli kompleks enerji təchizatı dizaynlarına və tipik PCB planlarına alternativ təqdim edir. Layihə problemləri aradan qaldırılsa da, yaxşı bypass və istilik yayma dizaynı ilə modul performansını optimallaşdırmaq üçün hələ də bəzi mühəndislik işlərinin görülməsinə ehtiyac var.