આ પર આધારિત પીસીબી વીજ પુરવઠાનું લેઆઉટ, આ પેપર સરળ સ્વિચર પાવર મોડ્યુલની કામગીરીને શ્રેષ્ઠ બનાવવા માટે શ્રેષ્ઠ PCB લેઆઉટ પદ્ધતિ, ઉદાહરણો અને તકનીકો રજૂ કરે છે.

વીજ પુરવઠો લેઆઉટનું આયોજન કરતી વખતે, પ્રથમ વિચારણા એ બે સ્વિચિંગ વર્તમાન લૂપ્સનો ભૌતિક લૂપ વિસ્તાર છે. 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. આકૃતિ 1 માં બતાવેલ લૂપ 1 માં, વર્તમાન સ્વ-સંચાલન ઇનપુટ બાયપાસ કેપેસિટર (Cin1) MOSFET થી આંતરિક ઇન્ડક્ટર અને આઉટપુટ બાયપાસ કેપેસિટર (CO1) ને હાઇ-એન્ડ MOSFET ના સતત વહન સમય દરમિયાન પસાર થાય છે, અને છેલ્લે પરત આવે છે ઇનપુટ બાયપાસ કેપેસિટર.

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

આકૃતિ 1 પાવર મોડ્યુલમાં લૂપની યોજનાકીય આકૃતિ

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. આંતરિક ઇન્ડક્ટરમાં સંગ્રહિત ઉર્જા GND પર પાછા ફરતા પહેલા આઉટપુટ બાયપાસ કેપેસિટર અને લો એન્ડ MOSFEts દ્વારા વહે છે (જુઓ આકૃતિ 1). જે પ્રદેશમાં બે આંટીઓ એકબીજાને ઓવરલેપ કરતા નથી (આંટીઓ વચ્ચેની સીમા સહિત) તે ઉચ્ચ DI/DT પ્રવાહ ધરાવતો પ્રદેશ છે. ઇનપુટ બાયપાસ કેપેસિટર (Cin1) કન્વર્ટરને ઉચ્ચ આવર્તન પ્રવાહ પૂરો પાડવા અને ઉચ્ચ આવર્તન પ્રવાહને તેના સ્રોત માર્ગમાં પરત કરવામાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે.

આઉટપુટ બાયપાસ કેપેસિટર (Co1) વધારે AC પ્રવાહ વહન કરતું નથી, પરંતુ અવાજ બદલવા માટે ઉચ્ચ-આવર્તન ફિલ્ટર તરીકે કાર્ય કરે છે. ઉપરોક્ત કારણોસર, ઇનપુટ અને આઉટપુટ કેપેસિટર મોડ્યુલ પર તેમના સંબંધિત VIN અને VOUT પિનની શક્ય તેટલી નજીક મૂકવા જોઈએ. આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, આ જોડાણો દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલી ઇન્ડક્ટન્સને બાયપાસ કેપેસિટર્સ અને તેમના સંબંધિત VIN અને VOUT પિન વચ્ચે શક્ય તેટલી ટૂંકી અને પહોળી બનાવીને ઘટાડી શકાય છે.

આકૃતિ 2 સરળ સ્વિચર લૂપ

પીસીબી લેઆઉટમાં ઇન્ડક્ટન્સ ઘટાડવાના બે મુખ્ય ફાયદા છે. પ્રથમ, Cin1 અને CO1 વચ્ચે ઉર્જા સ્થાનાંતરણને પ્રોત્સાહન આપીને ઘટક કામગીરીમાં સુધારો. આ સુનિશ્ચિત કરે છે કે મોડ્યુલમાં સારો એચએફ બાયપાસ છે, જે ઉચ્ચ ડીઆઈ/ડીટી પ્રવાહને કારણે ઇન્ડક્ટિવ વોલ્ટેજ શિખરો ઘટાડે છે. તે સામાન્ય કામગીરીને સુનિશ્ચિત કરવા માટે ઉપકરણ અવાજ અને વોલ્ટેજ તણાવને પણ ઘટાડે છે. બીજું, EMI ઘટાડવું.

ઓછા પરોપજીવી ઇન્ડક્ટન્સ સાથે જોડાયેલા કેપેસિટર ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ માટે ઓછી અવરોધ લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે, આમ સંચાલિત કિરણોત્સર્ગ ઘટાડે છે. સિરામિક કેપેસિટર્સ (X7R અથવા X5R) અથવા અન્ય નીચા ESR પ્રકારના કેપેસિટરની ભલામણ કરવામાં આવે છે. વધારાના ઇનપુટ કેપેસિટર્સ ત્યારે જ કામમાં આવી શકે છે જ્યારે વધારાના કેપેસિટર GND અને VIN અંતની નજીક મૂકવામાં આવે. 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.

સર્કિટ વર્તમાન પાથ આયોજનને ઘણી વખત ઉપેક્ષિત કરવામાં આવે છે, પરંતુ તે વીજ પુરવઠો ડિઝાઇનને optimપ્ટિમાઇઝ કરવામાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. 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.

ગ્રાઉન્ડેડ પિન (એકદમ પેડ્સ સહિત), ઇનપુટ અને આઉટપુટ કેપેસિટર્સ, સોફ્ટ-સ્ટાર્ટ કેપેસિટર્સ, અને મોડ્યુલમાં પ્રતિસાદ રેઝિસ્ટર તમામ પીસીબી પર લૂપ લેયર સાથે જોડાયેલા હોવા જોઈએ. આ લૂપ લેયરનો ઉપયોગ અત્યંત નીચા ઇન્ડક્ટન્સ કરંટ સાથે રીટર્ન પાથ તરીકે અને નીચે ચર્ચા કરેલ હીટ ડિસીપેશન ડિવાઇસ તરીકે થઈ શકે છે.

અંજીર. 3 થર્મલ અવબાધ તરીકે મોડ્યુલ અને PCB નું યોજનાકીય આકૃતિ

પ્રતિભાવ રેઝિસ્ટર પણ મોડ્યુલના FB (ફીડબેક) પિનની શક્ય તેટલી નજીક મૂકવો જોઈએ. 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. ઉદાહરણ માટે, સંબંધિત મોડ્યુલ ડેટા કોષ્ટકમાં PCB લેઆઉટ આકૃતિ જુઓ.

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

હીટ ડિસિપેશન ડિઝાઇન સૂચનો

મોડ્યુલોનું કોમ્પેક્ટ લેઆઉટ, જ્યારે વિદ્યુત લાભો પૂરા પાડે છે, ગરમીના વિસર્જનની ડિઝાઇન પર નકારાત્મક અસર કરે છે, જ્યાં નાની જગ્યાઓથી સમકક્ષ શક્તિ વિસર્જન થાય છે. 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. પેડ આંતરિક MOSFEts માંથી અત્યંત ઓછી થર્મલ અવરોધ પૂરો પાડવા માટે મદદ કરે છે, જે સામાન્ય રીતે PCB ને મોટાભાગની ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે.

આ ઉપકરણોના સેમિકન્ડક્ટર જંકશનથી બાહ્ય પેકેજ સુધી થર્મલ અવરોધ (θJC) 1.9 ℃/W છે. જ્યારે ઉદ્યોગ-અગ્રણી θJC મૂલ્ય પ્રાપ્ત કરવું આદર્શ છે, જ્યારે હવામાં બાહ્ય પેકેજનું થર્મલ અવરોધ (θCA) ખૂબ મહાન હોય ત્યારે નીચા θJC મૂલ્યનો કોઈ અર્થ નથી! જો આજુબાજુની હવાને ઓછી અવરોધિત ગરમી વિસર્જનનો માર્ગ પૂરો પાડવામાં ન આવે, તો ગરમી એકદમ પેડ પર એકઠી થશે અને વિસર્જન કરી શકાશે નહીં. તો શું θCA નક્કી કરે છે? એકદમ પેડથી હવામાં થર્મલ પ્રતિકાર સંપૂર્ણપણે પીસીબી ડિઝાઇન અને સંબંધિત હીટ સિંક દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે.

હવે ફિન્સ વગર સરળ પીસીબીની રચના કેવી રીતે કરવી તેના પર ઝડપી નજર કરવા માટે, આકૃતિ 3 મોડ્યુલ અને પીસીબીને થર્મલ અવરોધ તરીકે દર્શાવે છે. કારણ કે જંકશન અને બાહ્ય પેકેજની ટોચ વચ્ચે થર્મલ અવરોધ જંકશનથી એકદમ પેડ સુધી થર્મલ અવરોધની તુલનામાં પ્રમાણમાં વધારે છે, અમે જંકશનથી થર્મલ પ્રતિકારના પ્રથમ અંદાજ દરમિયાન θJA ગરમીના વિસર્જન માર્ગને અવગણી શકીએ છીએ. આસપાસની હવા (θJT).

ગરમીના વિસર્જનની રચનામાં પ્રથમ પગલું એ વિસર્જન કરવાની શક્તિની માત્રા નક્કી કરવાનું છે. મોડ્યુલ (PD) દ્વારા વપરાશ પાવર ડેટા ટેબલમાં પ્રકાશિત કાર્યક્ષમતા ગ્રાફ () નો ઉપયોગ કરીને સરળતાથી ગણતરી કરી શકાય છે.

પછી અમે PCB પર પેકેજ્ડ મોડ્યુલો માટે જરૂરી થર્મલ પ્રતિકાર નક્કી કરવા માટે ડિઝાઇન, TAmbient અને રેટેડ જંકશન તાપમાન, TJuncTIon (125 ° C) માં મહત્તમ તાપમાનના તાપમાનની મર્યાદાઓનો ઉપયોગ કરીએ છીએ.

છેલ્લે, અમે પીસીબીની સપાટી પર મહત્તમ કન્વેક્ટિવ હીટ ટ્રાન્સફરના સરળ અંદાજનો ઉપયોગ કર્યો (ગરમી વગરના 1-ounceંસ કોપર ફિન્સ અને ઉપર અને નીચે બંને માળ પર અસંખ્ય હીટ સિંક છિદ્રો સાથે) ગરમીના વિસર્જન માટે જરૂરી પ્લેટ વિસ્તાર નક્કી કરવા માટે.

જરૂરી પીસીબી વિસ્તારનો અંદાજ ગરમીના વિસર્જન છિદ્રો દ્વારા ભજવવામાં આવતી ભૂમિકાને ધ્યાનમાં લેતો નથી જે ઉપરની ધાતુના સ્તર (પેકેજને પીસીબી સાથે જોડાયેલ છે) થી નીચે ધાતુના સ્તર પર સ્થાનાંતરિત કરે છે. નીચેનો સ્તર બીજા સપાટીના સ્તર તરીકે સેવા આપે છે જેના દ્વારા સંવહન પ્લેટમાંથી ગરમી સ્થાનાંતરિત કરી શકે છે. બોર્ડ વિસ્તાર અંદાજને માન્ય રાખવા માટે ઓછામાં ઓછા 8 થી 10 કૂલિંગ હોલનો ઉપયોગ કરવો જોઈએ. હીટ સિંકનો થર્મલ પ્રતિકાર નીચેના સમીકરણ દ્વારા અંદાજિત છે.

આ અંદાજ 12 મિલિગ્રામ કોપર સાઇડવોલ સાથે 0.5 મિલિ વ્યાસના લાક્ષણિક થ્રુ-હોલ પર લાગુ પડે છે. બેર પેડ નીચે આખા વિસ્તારમાં શક્ય તેટલા ગરમી સિંક છિદ્રો ડિઝાઇન કરવા જોઈએ, અને આ હીટ સિંક છિદ્રો 1 થી 1.5 મીમીના અંતર સાથે એરે બનાવવી જોઈએ.

વિચાર કર્યા પછી કાઢેલો નિષ્કર્ષ; સારાંશ

સરળ સ્વિચર પાવર મોડ્યુલ જટિલ વીજ પુરવઠો ડિઝાઇન અને DC/DC કન્વર્ટર સાથે સંકળાયેલ લાક્ષણિક PCB લેઆઉટનો વિકલ્પ પૂરો પાડે છે. જ્યારે લેઆઉટ પડકારો દૂર કરવામાં આવ્યા છે, ત્યારે કેટલાક બાયપાસ અને હીટ ડિસીપેશન ડિઝાઇન સાથે મોડ્યુલ કામગીરીને optimપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે કેટલાક એન્જિનિયરિંગ કામ કરવાની જરૂર છે.