Oinarrituta PCB energia horniduraren diseinua, artikulu honek PCBen diseinurako metodo onena, adibideak eta teknikak aurkezten ditu kommutadorearen potentzia modulu sinpleen errendimendua optimizatzeko.

Energia horniduraren diseinua planifikatzerakoan, lehenengo kontutan hartzen ari diren bi korronte-begiztaren loop fisikoa da. 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. 1. irudian agertzen den 1. begizta honetan, uneko autokondukzioko sarrerako saihesbide kondentsadorea (Cin1) MOSFETetik igarotzen da barneko induktorera eta irteera saihesbide kondentsadorera (CO1), goi mailako MOSFETeko etengabeko eroapen denboran zehar eta azkenean itzultzen da. sarrerako saihesbide kondentsadorea.

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

1. irudia Potentzia moduluko begiztaren diagrama eskematikoa

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. Barne induktorean gordetako energia irteerako saihesbidearen kondentsadoretik eta beheko MOSFEts-etik igarotzen da GNDera itzuli aurretik (ikus 1. irudia). Bi begizta elkarren artean ez elkartzen diren eskualdea (begiztaren arteko muga barne) DI / DT korronte handia duen eskualdea da. Sarrerako saihesbide kondentsadoreak (Cin1) funtsezko papera du bihurgailuari maiztasun handiko korrontea hornitzean eta maiztasun handiko korrontea iturburuko bidera itzultzean.

Irteerako saihesbidearen kondentsadoreak (Co1) ez du korronte alternoko korronte handirik eramaten, baina maiztasun handiko iragazkia gisa jokatzen du aldatzeko zarata. Aurreko arrazoiengatik, sarrerako eta irteerako kondentsadoreak moduluan dagozkien VIN eta VOUT pinetatik ahalik eta hurbilen kokatu behar dira. 2. irudian erakusten den moduan, konexio horiek sortutako induktantzia minimizatu daiteke saihesbide kondentsadoreen eta dagozkien VIN eta VOUT pinen arteko kablea ahalik eta laburren eta zabalen eginez.

2. irudia SWITCHER SIMPLE begizta

PCB diseinuan induktantzia minimizatzeak bi abantaila nagusi ditu. Lehenik eta behin, osagaien errendimendua hobetu Cin1 eta CO1 arteko energia transferentzia sustatuz. Horrek moduluak hf saihesbide ona duela ziurtatzen du, DI / DT korronte handiaren ondorioz tentsio induktiboen gailurrak minimizatuz. Gainera, gailuaren zarata eta tentsio estresa gutxitzen ditu funtzionamendu normala bermatzeko. Bigarrenik, EMI minimizatu.

Induktantzia parasito gutxiagorekin konektatutako kondentsadoreek inpedantzia baxuko ezaugarriak dituzte maiztasun altuekin, eta, horrela, erabilitako erradiazioa murrizten dute. Zeramikazko kondentsadoreak (X7R edo X5R) edo ESR baxuko beste kondentsadore batzuk gomendatzen dira. Sarrerako kondentsadore osagarriak GND eta VIN muturren ondoan kondentsadore osagarriak jartzen badira bakarrik jar daitezke jokoan. 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.

Zirkuituaren uneko bidearen plangintza askotan alde batera uzten da, baina funtsezko papera betetzen du energia horniduraren diseinua optimizatzeko orduan. 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.

Lurreko pinak (pad hutsak barne), sarrera eta irteerako kondentsadoreak, soft-start kondentsadoreak eta moduluko feedback erresistentziak PCBaren begizta geruzara konektatu behar dira. Begizta geruza hau induktantzia korronte oso baxuko itzulera bide gisa erabil daiteke eta jarraian aztertuko dugun beroa xahutzeko gailu gisa.

IRUDIA. 3 Moduluaren eta PCBaren eskema inpedantzia termiko gisa

Feedback erresistentzia ere moduluko FB (feedback) pinetik ahalik eta hurbilen kokatu behar da. 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. Adibide bat lortzeko, ikusi PCBaren diseinu diagrama dagokion moduluko datuen taulan.

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

Beroa xahutzeko diseinuaren iradokizunak

Moduluen diseinu trinkoak, abantaila elektrikoak eskaintzen dituen arren, eragin negatiboa du beroa xahutzeko diseinuan, non energia baliokidea Espazio txikiagoetatik xahutzen den. 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. Padak inpedantzia termiko oso txikia ematen laguntzen du, normalean bero gehiena sortzen duten MOSFEts-etik PCBra.

Erdieroaleen bilgunetik gailu hauen kanpoko paketerako inpedantzia termikoa (θJC) 1.9 ℃ / W da. Industrian puntako θJC balioa lortzea egokia den arren, θJC balio baxuak ez du zentzurik airera kanpoko paketearen inpedantzia termikoa (θCA) handiegia denean! Inguruko aireari inpedantzia txikiko beroa xahutzeko biderik ematen ez bazaio, beroa biluzik egongo da eta ezin izango da xahutu. Orduan, zerk zehazten du θCA? Pad hutsetik airera dagoen erresistentzia termikoa guztiz kontrolatuta dago PCBaren diseinuak eta lotutako bero harraskak.

Hegalik gabeko PCB sinplea nola diseinatu aztertzeko, 3. irudiak modulua eta PCBa inpedantzia termiko gisa erakusten ditu. Bilgunearen eta kanpoko paketearen goiko aldearen arteko inpedantzia termikoa nahiko altua denez, bilgunetik biluzik dagoen paderako inpedantzia termikoarekin alderatuta, θJA beroa xahutzeko bidea alde batera utzi dezakegu bilgunetik erresistentzia termikoaren lehenengo kalkuluan. inguruko airea (θJT).

Beroa xahutzeko diseinuaren lehen urratsa xahutu behar den potentzia zehaztea da. Moduluak (PD) kontsumitutako potentzia erraz kalkula daiteke datuen taulan argitaratutako eraginkortasun grafikoa (η) erabiliz.

Ondoren, tenperatura maximoaren tenperatura-murriztapenak erabiltzen ditugu diseinuan, TAmbient, eta junturako tenperatura nominala, TJuncTIon (125 ° C), PCBan paketatutako moduluetarako behar den erresistentzia termikoa zehazteko.

Azkenean, PCBaren gainazaleko bero konbektibo maximoa hurbilketa sinplifikatu bat erabili dugu (kaltetutako 1 ontzako kobrezko hegatsekin eta goiko eta beheko solairuetako bero harraska zulo ugariekin), beroa xahutzeko beharrezkoa den plaka eremua zehazteko.

Beharrezko PCB eremuen hurbilketak ez du kontuan hartzen goiko geruza metalikotik (paketea PCBarekin konektatuta dagoena) beheko metalezko geruzara beroa transferitzen duten beroa xahutzeko zuloek betetzen duten papera. Beheko geruzak bigarren gainazaleko geruza gisa balio du. Taularen azaleraren hurbilketa baliogarria izan dadin, gutxienez 8-10 hozte-zulo erabili behar dira. Bero harraskaren erresistentzia termikoa honako ekuazio honen arabera hurbiltzen da.

Gutxi gorabehera, 12 oz kobrezko pareta duen 0.5 milia-ko diametroa duen ohiko zulo bati aplikatzen zaio. Ahalik eta bero harraska zuloak diseinatu behar dira biluzi hutsaren azpian dagoen eremu osoan, eta bero harraska zulo horiek 1 eta 1.5 mm arteko tartea duen matrizea osatu beharko lukete.

Ondorio

SIMPLE SWITCHER potentzia moduluak elikatze iturri konplexuen diseinu eta DC / DC bihurgailuekin lotutako PCB diseinu tipikoen alternatiba eskaintzen du. Diseinuaren erronkak ezabatu diren arren, oraindik ingeniaritza lan batzuk egin behar dira moduluen errendimendua optimizatzeko saihesbide ona eta beroa xahutzeko diseinuarekin.