पर आधारित पीसीबी बिजली आपूर्ति का लेआउट, यह पेपर सरल स्विचर पावर मॉड्यूल के प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए सर्वोत्तम पीसीबी लेआउट विधि, उदाहरण और तकनीकों का परिचय देता है।

बिजली आपूर्ति लेआउट की योजना बनाते समय, पहला विचार दो स्विचिंग वर्तमान लूपों का भौतिक लूप क्षेत्र है। 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. चित्रा 1 में दिखाए गए लूप 1 में, वर्तमान सेल्फ-कंडक्टिंग इनपुट बायपास कैपेसिटर (Cin1) MOSFET से होकर हाई-एंड MOSFET के निरंतर चालन समय के दौरान आंतरिक प्रारंभ करनेवाला और आउटपुट बाईपास कैपेसिटर (CO1) से गुजरता है, और अंत में वापस आता है इनपुट बाईपास संधारित्र।

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

चित्रा 1 पावर मॉड्यूल में लूप का योजनाबद्ध आरेख

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. आंतरिक प्रारंभ करनेवाला में संग्रहीत ऊर्जा जीएनडी पर लौटने से पहले आउटपुट बाईपास कैपेसिटर और कम अंत एमओएसएफई के माध्यम से बहती है (चित्र 1 देखें)। वह क्षेत्र जहां दो लूप एक दूसरे को ओवरलैप नहीं करते हैं (लूप के बीच की सीमा सहित) उच्च DI/DT करंट वाला क्षेत्र है। इनपुट बायपास कैपेसिटर (Cin1) कनवर्टर को उच्च आवृत्ति करंट की आपूर्ति करने और उच्च आवृत्ति करंट को उसके स्रोत पथ पर वापस करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

आउटपुट बायपास कैपेसिटर (Co1) में ज्यादा AC करंट नहीं होता है, लेकिन स्विचिंग नॉइज़ के लिए हाई-फ़्रीक्वेंसी फ़िल्टर के रूप में कार्य करता है। उपरोक्त कारणों से, इनपुट और आउटपुट कैपेसिटर को मॉड्यूल पर उनके संबंधित VIN और VOUT पिन के जितना संभव हो उतना करीब रखा जाना चाहिए। जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, इन कनेक्शनों द्वारा उत्पन्न अधिष्ठापन को बाईपास कैपेसिटर और उनके संबंधित VIN और VOUT पिन के बीच तारों को यथासंभव छोटा और चौड़ा बनाकर कम किया जा सकता है।

चित्र 2 सरल स्विचर लूप

पीसीबी लेआउट में इंडक्शन को कम करने के दो प्रमुख लाभ हैं। सबसे पहले, Cin1 और CO1 के बीच ऊर्जा हस्तांतरण को बढ़ावा देकर घटक प्रदर्शन में सुधार करें। यह सुनिश्चित करता है कि मॉड्यूल में एक अच्छा एचएफ बाईपास है, जो उच्च डीआई / डीटी करंट के कारण आगमनात्मक वोल्टेज चोटियों को कम करता है। यह सामान्य संचालन सुनिश्चित करने के लिए डिवाइस के शोर और वोल्टेज तनाव को भी कम करता है। दूसरा, ईएमआई कम से कम करें।

कम परजीवी अधिष्ठापन से जुड़े कैपेसिटर उच्च आवृत्तियों के लिए कम प्रतिबाधा विशेषताओं को प्रदर्शित करते हैं, इस प्रकार आयोजित विकिरण को कम करते हैं। सिरेमिक कैपेसिटर (X7R या X5R) या अन्य कम ESR प्रकार के कैपेसिटर की सिफारिश की जाती है। अतिरिक्त इनपुट कैपेसिटर केवल तभी चलन में आ सकते हैं जब अतिरिक्त कैपेसिटर GND और VIN सिरों के पास रखे जाएं। 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.

सर्किट करंट पाथ प्लानिंग की अक्सर उपेक्षा की जाती है, लेकिन यह बिजली आपूर्ति डिजाइन को अनुकूलित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। 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.

ग्राउंडेड पिन (नंगे पैड सहित), इनपुट और आउटपुट कैपेसिटर, सॉफ्ट-स्टार्ट कैपेसिटर, और मॉड्यूल में फीडबैक रेसिस्टर्स सभी को पीसीबी पर लूप लेयर से जोड़ा जाना चाहिए। इस लूप परत का उपयोग बेहद कम इंडक्शन करंट के साथ वापसी पथ के रूप में और नीचे चर्चा की गई गर्मी अपव्यय उपकरण के रूप में किया जा सकता है।

अंजीर। थर्मल प्रतिबाधा के रूप में मॉड्यूल और पीसीबी के 3 योजनाबद्ध आरेख

फीडबैक रोकनेवाला भी मॉड्यूल के एफबी (फीडबैक) पिन के जितना संभव हो उतना करीब रखा जाना चाहिए। 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.

गर्मी लंपटता डिजाइन सुझाव

मॉड्यूल का कॉम्पैक्ट लेआउट, विद्युत लाभ प्रदान करते हुए, गर्मी अपव्यय डिजाइन पर नकारात्मक प्रभाव डालता है, जहां छोटे स्थानों से समान शक्ति का प्रसार होता है। 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. पैड आंतरिक एमओएसएफईटी से बेहद कम थर्मल प्रतिबाधा प्रदान करने में मदद करता है, जो आमतौर पर पीसीबी को अधिकतर गर्मी उत्पन्न करता है।

अर्धचालक जंक्शन से इन उपकरणों के बाहरी पैकेज तक थर्मल प्रतिबाधा (θJC) 1.9 ℃ / डब्ल्यू है। एक उद्योग-अग्रणी JC मान प्राप्त करना आदर्श है, एक कम JC मान का कोई मतलब नहीं है जब बाहरी पैकेज का तापीय प्रतिबाधा (θCA) हवा में बहुत अधिक है! यदि आसपास की हवा को कोई कम-प्रतिबाधा गर्मी अपव्यय पथ प्रदान नहीं किया जाता है, तो गर्मी नंगे पैड पर जमा हो जाएगी और इसे नष्ट नहीं किया जा सकता है। तो CA क्या निर्धारित करता है? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

अब बिना पंख के एक साधारण पीसीबी को डिजाइन करने के तरीके के बारे में एक त्वरित नज़र के लिए, चित्र 3 मॉड्यूल और पीसीबी को थर्मल प्रतिबाधा के रूप में दिखाता है। चूंकि जंक्शन और बाहरी पैकेज के शीर्ष के बीच थर्मल प्रतिबाधा जंक्शन से नंगे पैड तक थर्मल प्रतिबाधा की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक है, इसलिए हम जंक्शन से थर्मल प्रतिरोध के पहले अनुमान के दौरान JA गर्मी अपव्यय पथ को अनदेखा कर सकते हैं। आसपास की हवा (θJT)।

गर्मी अपव्यय डिजाइन में पहला कदम बिजली की मात्रा को समाप्त करने के लिए निर्धारित करना है। मॉड्यूल (पीडी) द्वारा खपत की गई शक्ति की गणना डेटा तालिका में प्रकाशित दक्षता ग्राफ (η) का उपयोग करके आसानी से की जा सकती है।

हम तब पीसीबी पर पैक किए गए मॉड्यूल के लिए आवश्यक थर्मल प्रतिरोध को निर्धारित करने के लिए डिज़ाइन, TAmbient, और रेटेड जंक्शन तापमान, TJuncTIon (125 ° C) में अधिकतम तापमान के तापमान की कमी का उपयोग करते हैं।

अंत में, हमने गर्मी लंपटता के लिए आवश्यक प्लेट क्षेत्र को निर्धारित करने के लिए पीसीबी की सतह पर अधिकतम संवहन गर्मी हस्तांतरण (बिना नुकसान के 1-औंस तांबे के पंख और ऊपर और नीचे दोनों मंजिलों पर कई हीट सिंक छेद के साथ) का एक सरलीकृत सन्निकटन का उपयोग किया।

आवश्यक पीसीबी क्षेत्र सन्निकटन गर्मी अपव्यय छेद द्वारा निभाई गई भूमिका को ध्यान में नहीं रखता है जो शीर्ष धातु परत (पैकेज पीसीबी से जुड़ा हुआ है) से नीचे धातु परत तक गर्मी स्थानांतरित करता है। निचली परत दूसरी सतह परत के रूप में कार्य करती है जिसके माध्यम से संवहन प्लेट से गर्मी स्थानांतरित कर सकता है। बोर्ड क्षेत्र सन्निकटन के मान्य होने के लिए कम से कम 8 से 10 कूलिंग होल का उपयोग किया जाना चाहिए। हीट सिंक का थर्मल प्रतिरोध निम्नलिखित समीकरण द्वारा अनुमानित है।

यह अनुमान 12 ऑउंस कॉपर साइडवॉल के साथ 0.5 मील व्यास के एक विशिष्ट थ्रू-होल पर लागू होता है। नंगे पैड के नीचे पूरे क्षेत्र में जितना संभव हो उतने हीट सिंक होल डिज़ाइन किए जाने चाहिए, और इन हीट सिंक होल को 1 से 1.5 मिमी की दूरी के साथ एक सरणी बनाना चाहिए।

निष्कर्ष

सरल स्विचर पावर मॉड्यूल जटिल बिजली आपूर्ति डिजाइन और डीसी / डीसी कन्वर्टर्स से जुड़े विशिष्ट पीसीबी लेआउट का विकल्प प्रदान करता है। जबकि लेआउट चुनौतियों को समाप्त कर दिया गया है, कुछ इंजीनियरिंग कार्य अभी भी अच्छे बाईपास और गर्मी अपव्यय डिजाइन के साथ मॉड्यूल प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए किए जाने की आवश्यकता है।