Basatu nantu à a PCB Disposizione di l’alimentazione elettrica, questu documentu introduce u megliu metudu di layout di PCB, esempi è tecniche per ottimizà e prestazioni di u modulu di putenza di commutatore simplice.

Quandu si pianifica u layout di l’alimentazione elettrica, a prima cunsiderazione hè a zona di ciclu fisicu di i dui cicli attuali di commutazione. 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 u ciclu 1 mostratu in a Figura 1, u condensatore di bypass d’entrata autoconduttivu attuale (Cin1) passa per u MOSFET à l’induttore internu è u condensatore di bypass di uscita (CO1) durante u tempu di cunduzione cuntinua di u MOSFET high-end, è torna finalmente à u condensatore bypass d’ingressu.

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

Figura 1 Schema schematicu di ciclu in u modulu di putenza

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. L’energia almacenata in l’induttore internu attraversa u condensatore di bypass di uscita è MOSFEts di bassa gamma prima di tornà à GND (vede a Figura 1). The region where two loops do not overlap each other (including the boundary between loops) is the region with high DI/DT current. U condensatore di bypass d’ingressu (Cin1) ghjoca un rolu chjave in u fornimentu di a corrente di alta frequenza à u convertitore è di restituisce a corrente di alta frequenza à u so percorsu di origine.

U condensatore di derivazione di uscita (Co1) ùn porta micca assai corrente AC, ma funge da filtru à alta frequenza per cambià u rumu. Per e ragioni di sopra, i condensatori di entrata è di uscita devenu esse piazzati u più vicinu pussibule à i so rispettivi pins VIN è VOUT di u modulu. Cumu si mostra in a Figura 2, l’induttanza generata da queste cunnessioni pò esse minimizata rendendu u cablaggio tra i condensatori di bypass è i so rispettivi pin VIN è VOUT u più cortu è largu pussibule.

Figura 2 ciclu SIMPLE SWITCHER

Minimizà l’induttanza in un layout di PCB hà dui vantaghji principali. Prima, migliurà e prestazioni di i cumpunenti favurendu u trasferimentu di energia trà Cin1 è CO1. Questu assicura chì u modulu abbia una bona derivazione hf, minimizendu i picchi di tensione induttivi per via di alta corrente DI / DT. Minimizza dinò u rumu di u dispusitivu è a tensione di tensione per assicurà un funziunamentu normale. Dopu, minimizà EMI.

I condensatori cunnessi cù menu induttanza parassita presentanu caratteristiche di bassa impedanza à alte frequenze, riducendu cusì a radiazione cundotta. Ceramic capacitors (X7R or X5R) or other low ESR type capacitors are recommended. Condensatori d’ingressu addiziunali ponu entrà in ghjocu solu se condensatori addiziunali sò posti vicinu à l’estremità GND è 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.

A pianificazione di u percorsu attuale di u circuitu hè spessu trascurata, ma ghjoca un rollu chjave in l’ottimisazione di a cuncezzione di l’alimentazione. 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.

Pin pinzati (cumpresi pads nudi), condensatori di entrata è di uscita, condensatori di start-soft, è resistenze di feedback in u modulu devenu tutti esse cunnessi à u stratu di ciclu nantu à u PCB. Stu stratu di ciclu pò esse adupratu cum’è strada di ritornu cun currente d’induttanza estremamente bassu è cum’è dispositivu di dissipazione di calore discuttu sottu.

FIG. 3 Schema schematicu di u modulu è di u PCB cum’è impedenza termica

A resistenza di feedback deve esse piazzata u più vicinu pussibule à u pin FB (feedback) di u modulu. 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.

Suggerimenti di Cuncepimentu di Dissipazione di Calore

A dispusizione compatta di i moduli, puru furnendu benefici elettrichi, hà un impattu negativu annantu à u cuncepimentu di dissipazione di calore, induve a putenza equivalente hè dissipata da Spazi più chjuchi. 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. U pad aiuta à furnisce una impedenza termica estremamente bassa da i MOSFEts interni, chì generanu tipicamente a maiò parte di u calore, à u PCB.

L’impedenza termica (θJC) da a giunzione di semiconduttori à u pacchettu esterno di questi dispositivi hè 1.9 ℃ / W. Mentre uttene un valore θJC leader di l’industria hè ideale, un valore θJC bassu ùn hà sensu quandu l’impedenza termica (θCA) di u pacchettu esternu à l’aria hè troppu grande! Se nisun percorsu di dissipazione di calore à bassa impedanza hè furnitu à l’aria circundante, u calore si accumulerà nantu à u pad nudu è ùn pò micca esse dissipatu. Allora chì determina θCA? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Avà per un sguardu veloce nantu à cumu cuncepisce un PCB simplice senza alette, a figura 3 illustra u modulu è PCB cum’è impedenza termica. Perchè l’impedenza termica trà a giunzione è a cima di u pacchettu esterno hè relativamente alta paragunata à l’impedenza termica da a giunzione à u pad nudu, pudemu ignurà u percorsu di dissipazione di calore θJA durante a prima stima di a resistenza termica da a giunzione à l’aria circundante (θJT).

U primu passu in a cuncezzione di dissipazione di calore hè di determinà a quantità di putenza da dissipà. A putenza cunsumata da u modulu (PD) pò esse facilmente calculata aduprendu u graficu di efficienza (η) publicatu in a tavula di dati.

Usemu allora e limitazioni di temperatura di a temperatura massima in u cuncepimentu, TAmbient, è a temperatura di junction nominale, TJuncTIon (125 ° C), per determinà a resistenza termica necessaria per i moduli imballati nantu à u PCB.

Infine, avemu adupratu una apprussimazione simplificata di u massimu trasferimentu di calore cunvettivu nantu à a superficia di u PCB (cù alette di rame di 1 oncia senza danni è numerosi fori di dissipatore di calore sia in u pianu superiore sia in u fondu) per determinà l’area di a piastra necessaria per a dissipazione di calore.

L’approssimazione di l’area PCB necessaria ùn tene micca contu di u rolu ghjucatu da i fori di dissipazione di calore chì trasferenu u calore da u stratu metallicu superiore (u pacchettu hè cunnessu à u PCB) à u stratu metallicu inferiore. U pianu inferiore serve cum’è un secondu stratu superficiale attraversu chì a cunvezione pò trasferisce u calore da a piastra. Almenu 8 à 10 fori di raffreddamentu devenu esse aduprati per chì l’approssimazione di a zona di u bordu sia valida. A resistenza termica di u dissipatore di calore hè approssimata da l’equazione seguente.

Questa apprussimazione si applica à un foru tipicu attraversu di 12 millimetri di diametru cù 0.5 oz laterale di rame. Quantu fori di dissipatore di calore pussibule devenu esse disignati in tutta l’area sottu à u pad nudu, è questi fori di dissipatore di calore devenu formà un array cù una spaziatura di 1 à 1.5 mm.

cunclusione

U modulu di alimentazione SIMPLE SWITCHER furnisce un’alternativa à disegni cumplessi di alimentazione è schemi tipichi di PCB associati à convertitori DC / DC. Mentre e sfide di layout sò state eliminate, qualchì travagliu di ingegneria deve sempre esse fattu per ottimizà e prestazioni di u modulu cun un bonu bypass è cuncepimentu di dissipazione di calore.