Basearre op de PCB yndieling fan stroomfoarsjenning, dit papier yntrodusearret de bêste PCB -opmaakmetoade, foarbylden en techniken foar it optimalisearjen fan de prestaasjes fan ienfâldige switcher power module.

By it plannen fan de yndieling fan ‘e stroomfoarsjenning is de earste konsideraasje it fysike lusgebiet fan’ e twa wikselstroomslussen. 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. Yn lus 1 werjûn yn figuer 1, giet de hjoeddeistige selsgeleidende ynfier-bypass-kondensator (Cin1) troch de MOSFET nei de ynterne induktor- en útfier-bypass-kondensator (CO1) tidens de trochgeande liedingstiid fan ‘e high-end MOSFET, en komt úteinlik werom nei de ynfier bypass kondensator.

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

Figuer 1 Skematyske diagram fan lus yn macht 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. De enerzjy opslein yn ‘e ynterne induktor streamt troch de útfieromliedingskondensator en lege ein MOSFEts foardat se weromkomme nei GND (sjoch ôfbylding 1). The region where two loops do not overlap each other (including the boundary between loops) is the region with high DI/DT current. De ynfier -bypass -kondensator (Cin1) spilet in wichtige rol by it leverjen fan ‘e heechfrekwinsjestream oan’ e converter en it werombringen fan ‘e hege frekwinsjestream nei syn boarnepaad.

De útfierbypass-kondensator (Co1) draacht net folle AC-stroom, mar fungearret as in heechfrekwinsjefilter foar wikseljen fan lûd. Om de boppesteande redenen moatte ynput- en útfierkondensators sa ticht mooglik pleatst wurde oan har respektive VIN- en VOUT -pins op ‘e module. Lykas werjûn yn figuer 2, kin de induktânsje genereare troch dizze ferbiningen wurde minimalisearre troch de bedrading tusken de rûnwei -kondensatoren en har respektivelike VIN- en VOUT -pins sa koart en breed mooglik te meitsjen.

Figuer 2 SIMPLE SWITCHER loop

Minimalisearje fan induktânsje yn in PCB -yndieling hat twa grutte foardielen. Ferbetterje earst de prestaasjes fan komponinten troch it befoarderjen fan enerzjytransfer tusken Cin1 en CO1. Dit soarget derfoar dat de module in goede hf -bypass hat, minimalisearje induktive spanningspiken fanwegen hege DI/DT -stroom. It minimaliseart ek lûd fan apparaten en spanningstress om normale wurking te garandearjen. Twad, minimalisearje EMI.

Kondensators ferbûn mei minder parasitêre induktânsje toane skaaimerken fan lege impedânsje foar hege frekwinsjes, wêrtroch fermindere strieling wurdt fermindere. Keramyske kondensatoren (X7R of X5R) of oare kondensatoren mei leech ESR -type wurde oanrikkemandearre. Oanfoljende ynputkondensators kinne allinich yn ‘t spiel komme as ekstra kondensatoren wurde pleatst by de GND- en VIN -einen. 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 hjoeddeistige paadplanning wurdt faaks negeare, mar it spilet in wichtige rol by it optimalisearjen fan ûntwerp fan stroomfoarsjenning. 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.

Aardige pinnen (ynklusyf bleate pads), yn- en útfierkondensators, kondensatoren foar sêfte start, en feedbackweerstanden yn ‘e module moatte allegear wurde ferbûn mei de luslaach op’ e PCB. Dizze looplaach kin wurde brûkt as retourpaad mei ekstreem lege induktansstrom en as in hjirûnder besprutsen apparaat foar waarmte -dissipaasje.

FIG. 3 Skematysk diagram fan module en PCB as termyske impedânsje

De feedbackweerstand moat ek sa ticht mooglik by de FB (feedback) pin fan ‘e module wurde pleatst. 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.

Suggestjes foar waarmte -fersprieding

De kompakte yndieling fan ‘e modules, hoewol it elektryske foardielen leveret, hat in negative ynfloed op it ûntwerp fan waarmte -dissipaasje, wêr’t lykweardige krêft wurdt ferdwûn út lytsere romten. 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. It pad helpt ekstreem lege thermyske impedânsje te leverjen fan ‘e ynterne MOSFEts, dy’t typysk it measte fan’ e waarmte generearje, nei de PCB.

De termyske ympedânsje (θJC) fan ‘e healgekoppeling nei it bûtenpakket fan dizze apparaten is 1.9 ℃/W. Hoewol it berikken fan in yndustry-liedende θJC-wearde ideaal is, hat in lege θJC-wearde gjin sin as de termyske impedânsje (θCA) fan it bûtenpakket te grut is! As d’r gjin paad mei lege impedânsje waarmte-fersiljen wurdt levere oan ‘e omlizzende loft, sil de waarmte heapje op’ e bleate pad en kin net wurde ferdreaun. Dat wat bepaalt θCA? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

No foar in rappe blik op hoe’t jo in ienfâldige PCB sûnder finnen kinne ûntwerpe, yllustrearret figuer 3 de module en PCB as termyske impedânsje. Om’t de termyske impedânsje tusken it knooppunt en de top fan it bûtenpakket relatyf heech is yn fergeliking mei de termyske impedânsje fan ‘e krúspunt nei it bleate kessen, kinne wy ​​it θJA -waarmteferliespaad negearje tidens de earste skatting fan’ e termyske wjerstân fan ‘e krusing oant de omlizzende loft (θJT).

De earste stap yn ûntwerp foar waarmte -dissipaasje is it bepalen fan de hoemannichte macht dy’t moat wurde ferdreaun. De krêft ferbrûkt troch de module (PD) kin maklik wurde berekkene mei de effisjinsje grafyk (η) publisearre yn ‘e datatabel.

Wy brûke dan de temperatuerbeperkingen fan ‘e maksimumtemperatuer yn it ûntwerp, TAmbient, en de nominale junctiontemperatuer, TJuncTIon (125 ° C), om de thermyske wjerstân te bepalen dy’t fereaske is foar de ferpakte modules op’ e PCB.

Uteinlik hawwe wy in ferienfâldige approximaasje brûkt fan ‘e maksimum konvektive waarmte-oerdracht op it PCB-oerflak (mei ûnbeskeadige 1-ounce koperfinnen en talleaze gatsjes foar kâld sink op sawol de boppeste as de ûnderste ferdjippingen) om it plaatgebiet te bepalen dat is fereaske foar hjittedissipaasje.

De fereaske benadering fan PCB -gebiet hâldt gjin rekken mei de rol dy’t spielet troch gatten foar hjittedissipaasje dy’t waarmte oerdrage fan ‘e boppeste metalen laach (it pakket is ferbûn mei de PCB) nei de ûnderste metalen laach. De ûnderste laach tsjinnet as in twadde oerflaklaach wêrtroch konveksje waarmte kin oerbringe fan ‘e plaat. Op syn minst 8 oant 10 koelgatten moatte wurde brûkt foar it benaderjen fan it boerdgebiet jildich. De termyske wjerstân fan ‘e heatsink wurdt benadere troch de folgjende fergeliking.

Dizze approximaasje jildt foar in typysk trochgeande gat fan 12 mils diameter mei 0.5 oz koperen sydmuorre. D’r moatte safolle mooglik gatten foar heatsink wurde ûntworpen yn it heule gebiet ûnder de bleate pad, en dizze gatten foar heatsink moatte in array foarmje mei in ôfstân fan 1 oant 1.5mm.

konklúzje

De SIMPLE SWITCHER krêftmodule biedt in alternatyf foar komplekse ûntwerpen fan stroomfoarsjenningen en typyske PCB -yndielingen assosjeare mei DC/DC -converters. Wylst layout -útdagings binne elimineare, moatte d’r noch wat yngenieurswurk wurde dien om de prestaasjes fan ‘e module te optimalisearjen mei in goed bypass- en waarmte -ôffierûntwerp.