Põhinedes PCB Toiteallika paigutuse osas tutvustatakse käesolevas dokumendis parimat trükkplaatide paigutusmeetodit, näiteid ja tehnikaid, kuidas optimeerida lihtsa lülitusvõimsuse mooduli jõudlust.

Toiteallika paigutuse planeerimisel tuleb kõigepealt arvestada kahe lülitusvooluahela füüsilise ahelaga. 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. Joonisel 1 näidatud ahelas 1 läbib voolu isejuhtiv sisend-möödavoolukondensaator (Cin1) kõrgekvaliteedilise MOSFET-i pideva juhtivuse ajal läbi MOSFET-i sisemisele induktiivpoolile ja väljund-möödavoolukondensaatorile (CO1) ning naaseb lõpuks sisend möödaviigu kondensaator.

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

Joonis 1 Toitemooduli silmuse skemaatiline diagramm

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. Sisemisse induktiivpooli salvestatud energia voolab enne GND -sse naasmist läbi väljundi möödavoolukondensaatori ja madala otsa MOSFEts (vt joonis 1). Piirkond, kus kaks silmust ei kattu (sh silmuste vaheline piir), on kõrge DI/DT vooluga piirkond. Sisend -möödavoolukondensaator (Cin1) mängib olulist rolli kõrgsagedusvoolu muundurile tarnimisel ja kõrgsagedusliku voolu tagastamisel selle lähtekohale.

Väljundi möödavoolukondensaator (Co1) ei kanna palju vahelduvvoolu, kuid toimib kõrgsagedusfiltrina müra lülitamiseks. Ülaltoodud põhjustel tuleks sisend- ja väljundkondensaatorid paigutada mooduli VIN- ja VOUT -kontaktidele võimalikult lähedale. Nagu on näidatud joonisel 2, saab nende ühenduste tekitatud induktiivsust minimeerida, muutes juhtmestiku möödavoolukondensaatorite ja nende vastavate VIN- ja VOUT -tihvtide vahel võimalikult lühikeseks ja laiaks.

Joonis 2 LIHTNE Lüliti silmus

Induktiivsuse minimeerimisel trükkplaadi paigutuses on kaks peamist eelist. Esiteks parandage komponentide jõudlust, edendades energiaülekannet Cin1 ja CO1 vahel. See tagab, et moodulil on hea hf möödaviik, minimeerides kõrge DI/DT voolu tõttu induktiivpinge piike. Samuti vähendab see seadme müra ja pinget, et tagada normaalne töö. Teiseks minimeerige EMI.

Väiksema parasiitinduktiivsusega ühendatud kondensaatoritel on kõrge sagedusega madalad takistused, vähendades seega juhtivat kiirgust. Soovitatav on keraamilised kondensaatorid (X7R või X5R) või muud madala ESR -tüüpi kondensaatorid. Täiendavad sisendkondensaatorid saavad mängu tulla ainult siis, kui GND ja VIN otste lähedale on paigutatud täiendavad kondensaatorid. 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.

Vooluahela planeerimine on sageli tähelepanuta jäetud, kuid sellel on võtmeroll toiteallika disaini optimeerimisel. 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.

Maandatud tihvtid (sh paljad padjad), sisend- ja väljundkondensaatorid, pehme käivitusega kondensaatorid ja mooduli tagasiside takistid tuleks kõik ühendada PCB silmuskihiga. Seda silmuskihti saab kasutada tagasipöördena väga madala induktiivsusega vooluna ja allpool kirjeldatud soojuseraldusvahendina.

Joonis fig. 3 Mooduli ja trükkplaadi skemaatiline diagramm kui soojustakistus

Tagasiside takisti tuleks samuti paigutada võimalikult lähedale mooduli FB (tagasiside) tihvtile. 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. Näite saamiseks vaadake PCB paigutuse skeemi vastavas mooduli andmetabelis.

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

Soovitused soojuse hajumise kujundamiseks

Moodulite kompaktne paigutus, pakkudes samal ajal elektrilisi eeliseid, mõjutab negatiivselt soojuse hajumise disaini, kus väiksematest ruumidest hajutatakse samaväärne võimsus. 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. Padi aitab tagada PCB -le sisemiste MOSFEttide, mis tavaliselt toodavad suurema osa soojusest, äärmiselt madala soojustakistuse.

Soojustakistus (θJC) pooljuhtide ristmikust nende seadmete välispakendini on 1.9 ℃/W. Kuigi tööstusharu juhtiva θJC väärtuse saavutamine on ideaalne, ei ole madal θJC väärtus mõttekas, kui välispakendi õhu soojustakistus (θCA) on liiga suur! Kui ümbritsevale õhule ei anta väikese takistusega soojuse hajumise teed, koguneb soojus paljale padjale ja seda ei saa hajutada. Mis siis määrab θCA? Kuumakindlust paljalt padjalt õhule kontrollib täielikult PCB disain ja sellega seotud jahutusradiaator.

Nüüd, kuidas kiiresti vaadata, kuidas kujundada lihtsat trükkplaati ilma uimedeta, on joonisel 3 näidatud moodul ja trükkplaat kui soojustakistus. Kuna ristmiku ja välispakendi ülaosa vaheline soojustakistus on suhteliselt kõrge, võrreldes ristmiku ja palja padja vahelise soojustakistusega, ei saa me oreJA soojuse hajumise rada ignoreerida ristmikust kuni ümbritsev õhk (θJT).

Soojuse hajumise kavandamise esimene samm on hajutatava võimsuse määramine. Mooduli (PD) tarbitud võimsust saab hõlpsalt arvutada, kasutades andmetabelis avaldatud efektiivsusgraafikut (η).

Seejärel kasutame trükkplaadil pakendatud moodulite jaoks nõutava soojustakistuse kindlaksmääramisel maksimaalse temperatuuri temperatuuri piiranguid projektis TAmbient ja ristmiku nimitemperatuuri TJuncTIon (125 ° C).

Lõpuks kasutasime soojuse hajumiseks vajaliku plaadi pindala kindlaksmääramiseks lihtsustatud lähendust maksimaalsele konvektiivsele soojusülekandele PCB pinnal (kahjustamata 1-untsiste vaskribade ja arvukate jahutusradiaatorite aukudega nii ülemisel kui ka alumisel korrusel).

Nõutav trükkplaatide pindala lähendamine ei võta arvesse soojuse hajutamise aukude rolli, mis kannavad soojust ülemiselt metallikihilt (pakend on ühendatud trükkplaadiga) alumisele metallikihile. Alumine kiht toimib teise pinnakihina, mille kaudu konvektsioon võib plaadilt soojust üle kanda. Tahvlipinna lähenduse kehtimiseks tuleks kasutada vähemalt 8–10 jahutusava. Jahutusradiaatori soojustakistus on ligikaudne järgmise võrrandiga.

See lähendus kehtib tüüpilise 12 millimeetrise läbimõõduga ava kohta, mille külgsein on 0.5 untsi. Kogu palja padja alla jäävasse piirkonda tuleks kavandada võimalikult palju jahutusradiaatorite auke ja need jahutusradiaatoriavad peaksid moodustama massiivi, mille vahekaugus on 1–1.5 mm.

järeldus

SIMPLE SWITCHER toitemoodul pakub alternatiivi keerulistele toiteplokkidele ja tüüpilistele PCB paigutustele, mis on seotud DC/DC muunduritega. Kuigi paigutusprobleemid on kõrvaldatud, tuleb moodulite jõudluse optimeerimiseks hea ümbersõidu ja soojuse hajumise disainiga veel mõned inseneritööd teha.