на падставе Друкаваная плата макета крыніцы харчавання, у гэтым артыкуле прадстаўлены лепшы спосаб размяшчэння друкаванай платы, прыклады і метады для аптымізацыі прадукцыйнасці простага модуля харчавання камутатара.

Пры планаванні размяшчэння блока харчавання ў першую чаргу варта ўлічваць фізічную зону дзвюх контураў пераключэння току. 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. У пятлі 1, паказанай на малюнку 1, бягучы самаправадны ўваходны абыходны кандэнсатар (Cin1) праходзіць праз MOSFET ва ўнутраны катушку індуктара і вывадны байпасны кандэнсатар (CO1) падчас бесперапыннага часу правядзення высокакласнага MOSFET і, нарэшце, вяртаецца да уваходны кандэнсатар абыходу.

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

Малюнак 1 Прынцыповая схема завесы ў сілавым модулі

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. Энергія, назапашаная ва ўнутраным індуктары, праходзіць праз выходны байпасны кандэнсатар і нізкачашчынныя MOSFEts перад вяртаннем да GND (гл. Малюнак 1). Вобласць, дзе дзве завесы не перакрываюцца (у тым ліку мяжа паміж завесамі), – гэта вобласць з вялікім токам DI/DT. Уваходны байпасны кандэнсатар (Cin1) гуляе ключавую ролю ў падачы высокачашчыннага току ў пераўтваральнік і вяртанні высокачашчыннага току на шлях да крыніцы.

Выхадны байпасны кандэнсатар (Co1) не пераносіць вялікі ток пераменнага току, але дзейнічае як высокачашчынны фільтр для пераключэння шуму. Па вышэйпералічаных прычынах уваходныя і выходныя кандэнсатары павінны размяшчацца як мага бліжэй да адпаведных кантактаў VIN і VOUT на модулі. Як паказана на малюнку 2, індуктыўнасць, якую ствараюць гэтыя злучэнні, можна звесці да мінімуму, зрабіўшы праводку паміж байпаснымі кандэнсатарамі і адпаведнымі кантактамі VIN і VOUT максімальна кароткай і шырокай.

Малюнак 2 Просты цыкл перамыкача

Мінімізацыя індуктыўнасці ў макеце друкаванай платы мае дзве асноўныя перавагі. Па -першае, палепшыце прадукцыйнасць кампанентаў, спрыяючы перадачы энергіі паміж Cin1 і CO1. Гэта гарантуе, што модуль мае добры ВЧ -байпас, мінімізуючы пікі індуктыўнага напружання з -за высокага току DI/DT. Ён таксама мінімізуе шум прылады і напружанне, каб забяспечыць нармальную працу. Па -другое, звесці да мінімуму EMI.

Кандэнсатары, злучаныя з меншай паразітнай індуктыўнасцю, дэманструюць нізкія характарыстыкі супраціву высокім частотам, зніжаючы такім чынам праводзіцца выпраменьванне. Рэкамендуюцца керамічныя кандэнсатары (X7R або X5R) або іншыя кандэнсатары з нізкім узроўнем СОЭ. Дадатковыя ўваходныя кандэнсатары могуць уступіць у сілу, толькі калі дадатковыя кандэнсатары размешчаны каля GND і VIN. 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.

Планаванне бягучага шляху ланцуга часта грэбуецца, але яно адыгрывае ключавую ролю ў аптымізацыі праектавання блока харчавання. 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.

Вывады з зазямленнем (у тым ліку голыя калодкі), уваходныя і выходныя кандэнсатары, кандэнсатары з плаўным пускам і рэзістары зваротнай сувязі ў модулі павінны быць падлучаны да контуру пласта на друкаванай плаце. Гэты контурны пласт можа быць выкарыстаны як зваротны шлях з надзвычай нізкім токам індуктыўнасці і як прылада адводу цяпла, разгледжанае ніжэй.

Мал. 3 Прынцыповая схема модуля і друкаванай платы ў выглядзе цеплавога супраціву

Рэзістар зваротнай сувязі таксама павінен быць размешчаны як мага бліжэй да высновы FB (зваротнай сувязі) модуля. 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. Напрыклад, гл. Схему макета друкаванай платы ў адпаведнай табліцы дадзеных модуля.

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

Прапановы па дызайне цеплавыдзялення

Кампактнае размяшчэнне модуляў, забяспечваючы пры гэтым электрычныя перавагі, негатыўна адбіваецца на канструкцыі цеплавыдзялення, дзе эквівалентная магутнасць рассейваецца з меншых прастор. 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. Падушка дапамагае забяспечыць надзвычай нізкі цеплавы супраціў ад унутраных MOSFEts, якія звычайна генеруюць большую частку цяпла, да друкаванай платы.

Цеплавы супраціў (θJC) ад паўправадніковага пераходу да вонкавага пакета гэтых прылад складае 1.9 ℃/Вт. У той час як дасягненне вядучага ў галіны значэння θJC з’яўляецца ідэальным, нізкае значэнне θJC не мае сэнсу, калі цеплавы супраціў (θCA) вонкавага пакета да паветра занадта вялікі! Калі да навакольнага паветра не падаецца нізкаімпедантны шлях цеплавыдзялення, цяпло будзе назапашвацца на голай пляцоўцы і не можа рассейвацца. Такім чынам, што вызначае θCA? Цеплавое супраціўленне ад адкрытай пляцоўкі да паветра цалкам кантралюецца канструкцыяй друкаванай платы і адпаведным радыятарам.

Цяпер для кароткага агляду таго, як распрацаваць простую друкаваную плату без плаўнікоў, малюнак 3 ілюструе модуль і друкаваную плату як цеплавы супраціў. Паколькі цеплавой супраціў паміж пераходам і верхняй часткай вонкавага пакета адносна высокі ў параўнанні з цеплавым супрацівам ад пераходу да голай пляцоўкі, мы можам ігнараваць шлях рассейвання цяпла θJA падчас першай ацэнкі цеплавога супраціву ад пераходу да навакольнае паветра (θJT).

Першым крокам у праектаванні цеплавыдзялення з’яўляецца вызначэнне колькасці рассейванай магутнасці. Магутнасць, спажываную модулем (PD), можна лёгка вылічыць з дапамогай графіка эфектыўнасці (η), апублікаванага ў табліцы дадзеных.

Затым мы выкарыстоўваем тэмпературныя абмежаванні максімальнай тэмпературы ў праекце, TAmbient і намінальную тэмпературу пераходу, TJuncTIon (125 ° C), каб вызначыць цеплавое супраціўленне, неабходнае для запакаваных модуляў на друкаванай плаце.

Нарэшце, мы выкарысталі спрошчанае набліжэнне максімальнай канвектыўнай цеплааддачы на ​​паверхні друкаванай платы (з непашкоджанымі меднымі плаўнікамі па 1 унцыі і шматлікімі адтулінамі радыятара на верхнім і ніжнім паверхах), каб вызначыць плошчу пліты, неабходную для рассейвання цяпла.

Неабходнае набліжэнне плошчы друкаванай платы не ўлічвае ролі адтулін, якія адводзяць цяпло, якія перадаюць цяпло з верхняга металічнага пласта (пакет злучаны з друкаванай платай) у ніжні металічны пласт. Ніжні пласт служыць другім павярхоўным пластом, праз які канвекцыя можа перадаваць цяпло ад пліты. Каб набліжэнне плошчы дошкі было сапраўдным, трэба выкарыстоўваць прынамсі ад 8 да 10 астуджальных адтулін. Цеплавое супраціўленне радыятара апраксімуецца наступным раўнаннем.

Гэта набліжэнне прымяняецца да тыповага скразного адтуліны дыяметрам 12 міл з меднай бакавінай 0.5 унцыі. Ва ўсёй зоне пад аголенай пляцоўкай павінна быць сканструявана як мага больш адтулін радыятара, і гэтыя адтуліны радыятара павінны ўтвараць масіў з адлегласцю ад 1 да 1.5 мм.

заключэнне

Модуль харчавання SIMPLE SWITCHER забяспечвае альтэрнатыву складаным канструкцыям крыніц харчавання і тыповым макетам друкаваных плат, звязаным з пераўтваральнікамі пастаяннага/пастаяннага току. Нягледзячы на ​​тое, што праблемы з макетам былі ліквідаваныя, неабходна яшчэ правесці некаторыя інжынерныя працы па аптымізацыі прадукцыйнасці модуля з добрым праектам абыходу і цеплааддачы.