Alapján PCB A tápegység elrendezése, ez a cikk bemutatja a legjobb NYÁK -elrendezési módszert, példákat és technikákat az egyszerű kapcsoló teljesítménymoduljának optimalizálása érdekében.

A tápegység elrendezésének tervezésekor az első szempont a két kapcsolóáramkör fizikai hurokterülete. 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. Az 1. ábrán látható 1. hurokban az áramvezető, önvezető bemeneti bypass kondenzátor (Cin1) áthalad a MOSFET-en a belső induktorra és a kimeneti bypass kondenzátorra (CO1) a csúcskategóriás MOSFET folyamatos vezetési ideje alatt, és végül visszatér a a bemeneti bypass kondenzátor.

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

1. ábra A tápmodulban lévő hurok sematikus diagramja

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. A belső induktorban tárolt energia áthalad a kimeneti bypass kondenzátoron és az alsó végű MOSFEts -en, mielőtt visszatér a GND -hez (lásd 1. ábra). The region where two loops do not overlap each other (including the boundary between loops) is the region with high DI/DT current. A bemeneti bypass kondenzátor (Cin1) kulcsszerepet játszik abban, hogy a nagyfrekvenciás áramot eljuttassa az átalakítóhoz, és visszaadja a nagyfrekvenciás áramot a forrásútjába.

A kimeneti bypass kondenzátor (Co1) nem hordoz sok váltakozó áramot, de nagyfrekvenciás szűrőként működik a zajkapcsoláshoz. A fenti okok miatt a bemeneti és kimeneti kondenzátorokat a lehető legközelebb kell elhelyezni a modul VIN és VOUT csapjaihoz. Amint a 2. ábrán látható, ezeknek a kapcsolatoknak az induktivitása minimalizálható, ha a bypass kondenzátorok és a hozzájuk tartozó VIN és VOUT csapok közötti huzalozást a lehető legrövidebbé és szélesebbé tesszük.

2. ábra EGYSZERŰ KAPCSOLÓ hurok

Az induktivitás minimalizálása a NYÁK -elrendezésben két fő előnnyel jár. Először is javítsa az alkatrészek teljesítményét azáltal, hogy elősegíti az energiaátadást a Cin1 és a CO1 között. Ez biztosítja, hogy a modul jó hf bypass -al rendelkezik, minimálisra csökkentve az induktív feszültségcsúcsokat a nagy DI/DT áram miatt. Ezenkívül minimálisra csökkenti a készülék zaját és a feszültséget a normál működés biztosítása érdekében. Másodszor, minimalizálja az EMI -t.

A kevésbé parazita induktivitású kondenzátorok alacsony impedanciájúak és magas frekvenciák, így csökkentve a vezetett sugárzást. Ceramic capacitors (X7R or X5R) or other low ESR type capacitors are recommended. További bemeneti kondenzátorok csak akkor léphetnek működésbe, ha további kondenzátorokat helyeznek el a GND és VIN végek közelében. 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.

Az áramkörök útvonaltervezését gyakran figyelmen kívül hagyják, de kulcsszerepet játszik a tápegység kialakításának optimalizálásában. 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.

A modul földelt csapjait (beleértve a csupasz párnákat is), a bemeneti és kimeneti kondenzátorokat, a lágyindítású kondenzátorokat és a visszacsatoló ellenállásokat a PCB hurokrétegéhez kell csatlakoztatni. Ez a hurokréteg rendkívül alacsony induktivitású áramként visszatérő útként és az alábbiakban tárgyalt hőelvezető eszközként használható.

ÁBRA. 3 A modul és a NYÁK vázlatos diagramja, mint hőimpedancia

A visszacsatoló ellenállást is a lehető legközelebb kell elhelyezni a modul FB (visszacsatoló) csapjához. 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.

Hőelvezetési tervezési javaslatok

A modulok kompakt elrendezése, miközben elektromos előnyökkel jár, negatívan befolyásolja a hőelvezetés kialakítását, ahol a kisebb terekből egyenértékű teljesítmény kerül elosztásra. 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. A párna rendkívül alacsony hőimpedanciát biztosít a belső MOSFE -kből, amelyek jellemzően a legtöbb hőt termelik, a NYÁK -hoz.

A hővezető impedancia (θJC) a félvezető csomóponttól a készülék külső csomagolásáig 1.9 ℃/W. Míg az iparágban vezető θJC érték elérése ideális, az alacsony θJC értéknek nincs értelme, ha a külső csomag levegőhő impedanciája (θCA) túl nagy! Ha nem biztosít alacsony impedanciájú hőelvezetési utat a környező levegőnek, a hő felhalmozódik a csupasz párnán, és nem tudja elvezetni. Tehát mi határozza meg a θCA -t? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Most, hogy gyorsan áttekintsük, hogyan lehet egyszerű, bordák nélküli PCB -t tervezni, a 3. ábra a modult és a NYÁK -ot mutatja be, mint hőimpedanciát. Mivel a csomópont és a külső csomag teteje közötti hőimpedancia viszonylag magas a csomópont és a csupasz párna közötti hőimpedanciához képest, figyelmen kívül hagyhatjuk az θJA hőelvezetési útvonalat a csomóponttól a a környező levegő (θJT).

A hőelvezetés tervezésének első lépése az eloszlatandó teljesítmény mennyiségének meghatározása. A modul (PD) által fogyasztott teljesítmény könnyen kiszámítható az adattáblázatban közzétett hatékonysági grafikon (η) segítségével.

Ezután a tervezési, TAmbient, és a névleges csatlakozási hőmérséklet, TJuncTIon (125 ° C) hőmérséklet -korlátozásait használjuk a PCB -n lévő csomagolt modulokhoz szükséges hőállóság meghatározásához.

Végül a NYÁK felületén a maximális konvekciós hőátadás egyszerűsített közelítését használtuk (sértetlen 1 uncia réz bordákkal és számos hűtőborda lyukkal a felső és az alsó emeleten) a hőleadáshoz szükséges lemezterület meghatározásához.

A szükséges NYÁK -terület közelítés nem veszi figyelembe a hőelvezető lyukak szerepét, amelyek a felső fémrétegből (a csomagolás a PCB -hez van csatlakoztatva) az alsó fémrétegbe hőt vezetnek át. Az alsó réteg egy második felületi rétegként szolgál, amelyen keresztül a konvekció átadhatja a hőt a lemezről. Legalább 8-10 hűtőfuratot kell használni, hogy a tábla területének közelítése érvényes legyen. A hűtőborda hőellenállását a következő egyenlet közelíti.

Ez a közelítés egy tipikus 12 milliméteres átmérőjű lyukra vonatkozik, 0.5 oz réz oldalfalakkal. A lehető legtöbb hűtőborda lyukat kell kialakítani a csupasz párna alatti teljes területen, és ezeknek a hűtőborda lyukaknak 1 és 1.5 mm közötti távolságot kell alkotniuk.

következtetés

A SIMPLE SWITCHER tápegység alternatívát kínál a komplex tápegységekhez és a DC/DC átalakítókhoz tartozó tipikus NYÁK -elrendezéshez. Míg az elrendezési kihívások kiküszöbölésre kerültek, némi mérnöki munkát még el kell végezni a modul teljesítményének optimalizálása érdekében, jó bypass és hőelvezetési tervezés mellett.