Yn seiliedig ar y PCB cynllun y cyflenwad pŵer, mae’r papur hwn yn cyflwyno’r dull gosodiad PCB gorau, enghreifftiau a thechnegau i wneud y gorau o berfformiad modiwl pŵer switcher syml.

Wrth gynllunio cynllun y cyflenwad pŵer, yr ystyriaeth gyntaf yw ardal dolen gorfforol y ddwy ddolen gyfnewidiol. 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 loop 1 shown in Figure 1, the current self-conducting input bypass capacitor (Cin1) passes through the MOSFET to the internal inductor and output bypass capacitor (CO1) during the continuous conduction time of the high-end MOSFET, and finally returns to the input bypass capacitor.

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

Figure 1 Schematic diagram of loop in power module

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. Mae’r egni sy’n cael ei storio yn yr inductor mewnol yn llifo trwy’r cynhwysydd ffordd osgoi allbwn a MOSFEts pen isel cyn dychwelyd i GND (gweler Ffigur 1). The region where two loops do not overlap each other (including the boundary between loops) is the region with high DI/DT current. Mae’r cynhwysydd ffordd osgoi mewnbwn (Cin1) yn chwarae rhan allweddol wrth gyflenwi’r cerrynt amledd uchel i’r trawsnewidydd a dychwelyd y cerrynt amledd uchel i’w lwybr ffynhonnell.

Nid yw’r cynhwysydd ffordd osgoi allbwn (Co1) yn cario llawer o gerrynt AC, ond mae’n gweithredu fel hidlydd amledd uchel ar gyfer newid sŵn. Am y rhesymau uchod, dylid gosod cynwysyddion mewnbwn ac allbwn mor agos â phosibl i’w pinnau VIN a VOUT priodol ar y modiwl. Fel y dangosir yn Ffigur 2, gellir lleihau’r inductance a gynhyrchir gan y cysylltiadau hyn trwy wneud y gwifrau rhwng y cynwysorau ffordd osgoi a’u pinnau VIN a VOUT priodol mor fyr ac mor eang â phosibl.

Ffigur 2 dolen SWITCHER SYML

Mae lleihau anwythiad mewn cynllun PCB yn cynnwys dau fudd mawr. Yn gyntaf, gwella perfformiad cydrannau trwy hyrwyddo trosglwyddo egni rhwng Cin1 a CO1. Mae hyn yn sicrhau bod gan y modiwl ffordd osgoi hf dda, gan leihau copaon foltedd anwythol oherwydd cerrynt DI / DT uchel. Mae hefyd yn lleihau sŵn dyfeisiau a straen foltedd i sicrhau gweithrediad arferol. Yn ail, lleihau EMI i’r eithaf.

Mae cynwysyddion sy’n gysylltiedig â llai o inductance parasitig yn dangos nodweddion rhwystriant isel i amleddau uchel, gan leihau ymbelydredd a gynhelir. Ceramic capacitors (X7R or X5R) or other low ESR type capacitors are recommended. Dim ond os gosodir cynwysyddion ychwanegol ger y GND a VIN y gall cynwysyddion mewnbwn ychwanegol ddod i rym. 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.

Circuit current path planning is often neglected, but it plays a key role in optimizing power supply design. 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.

Dylai pinnau daear (gan gynnwys padiau noeth), cynwysyddion mewnbwn ac allbwn, cynwysyddion cychwyn meddal, a gwrthyddion adborth yn y modiwl oll fod yn gysylltiedig â’r haen dolen ar y PCB. Gellir defnyddio’r haen ddolen hon fel llwybr dychwelyd gyda cherrynt inductance isel iawn ac fel dyfais afradu gwres a drafodir isod.

FIG. 3 Diagram sgematig o’r modiwl a PCB fel rhwystriant thermol

Dylai’r gwrthydd adborth hefyd gael ei osod mor agos â phosibl at pin FB (adborth) y modiwl. 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.

Heat Dissipation Design Suggestions

Mae cynllun cryno y modiwlau, er eu bod yn darparu buddion trydanol, yn cael effaith negyddol ar y dyluniad afradu gwres, lle mae pŵer cyfatebol yn cael ei afradloni o Fannau llai. 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. Mae’r pad yn helpu i ddarparu rhwystriant thermol isel iawn o’r MOSFEts mewnol, sydd fel rheol yn cynhyrchu’r rhan fwyaf o’r gwres, i’r PCB.

Y rhwystriant thermol (θJC) o’r gyffordd lled-ddargludyddion i becyn allanol y dyfeisiau hyn yw 1.9 ℃ / W. Er bod cyflawni gwerth θJC sy’n arwain y diwydiant yn ddelfrydol, nid yw gwerth θJC isel yn gwneud unrhyw synnwyr pan fydd rhwystriant thermol (θCA) y pecyn allanol i’r awyr yn rhy fawr! If no low-impedance heat dissipation path is provided to the surrounding air, the heat will accumulate on the bare pad and cannot be dissipated. So what determines θCA? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Nawr i gael golwg gyflym ar sut i ddylunio PCB syml heb esgyll, mae ffigur 3 yn dangos y modiwl a’r PCB fel rhwystriant thermol. Oherwydd bod y rhwystriant thermol rhwng y gyffordd a thop y pecyn allanol yn gymharol uchel o’i gymharu â’r rhwystriant thermol o’r gyffordd i’r pad noeth, gallwn anwybyddu’r llwybr afradu gwres θJA yn ystod yr amcangyfrif cyntaf o’r gwrthiant thermol o’r gyffordd i yr aer o’i amgylch (θJT).

Y cam cyntaf mewn dyluniad afradu gwres yw penderfynu faint o bŵer sydd i’w afradloni. Gellir cyfrifo’r pŵer a ddefnyddir gan y modiwl (PD) yn hawdd gan ddefnyddio’r graff effeithlonrwydd (η) a gyhoeddir yn y tabl data.

We then use the temperature constraints of the maximum temperature in the design, TAmbient, and the rated junction temperature, TJuncTIon(125 ° C), to determine the thermal resistance required for the packaged modules on the PCB.

Yn olaf, gwnaethom ddefnyddio brasamcan symlach o’r trosglwyddiad gwres darfudol uchaf ar wyneb PCB (gydag esgyll copr 1-owns heb eu difrodi a nifer o dyllau sinc gwres ar y lloriau uchaf a gwaelod) i bennu’r arwynebedd plât sy’n ofynnol ar gyfer afradu gwres.

Nid yw’r brasamcan ardal PCB gofynnol yn ystyried y rôl y mae tyllau afradu gwres yn ei chwarae sy’n trosglwyddo gwres o’r haen fetel uchaf (mae’r pecyn wedi’i gysylltu â’r PCB) i’r haen fetel waelod. Mae’r haen waelod yn gwasanaethu fel ail haen arwyneb lle gall darfudiad drosglwyddo gwres o’r plât. Dylid defnyddio o leiaf 8 i 10 twll oeri er mwyn i frasamcan ardal y bwrdd fod yn ddilys. Mae gwrthiant thermol y sinc gwres wedi’i ganoli gan yr hafaliad canlynol.

Mae’r brasamcan hwn yn berthnasol i dwll trwodd nodweddiadol o ddiamedr 12 mils gyda sidewall copr 0.5 oz. Dylid cynllunio cymaint o dyllau sinc gwres â phosibl yn yr ardal gyfan o dan y pad noeth, a dylai’r tyllau sinc gwres hyn ffurfio arae gyda bylchau o 1 i 1.5mm.

casgliad

Mae’r modiwl pŵer SYML SWITCHER yn darparu dewis arall yn lle dyluniadau cyflenwad pŵer cymhleth a chynlluniau PCB nodweddiadol sy’n gysylltiedig â thrawsnewidwyr DC / DC. Er bod heriau cynllun wedi’u dileu, mae angen gwneud rhywfaint o waith peirianneg o hyd i wneud y gorau o berfformiad modiwl gyda ffordd osgoi dda a dyluniad afradu gwres.