Հիման վրա PCB էլեկտրամատակարարման դասավորությունը, այս փաստաթուղթը ներկայացնում է PCB- ի դասավորության լավագույն մեթոդը, օրինակներն ու տեխնիկան `պարզ անջատիչի էներգաբլոկի աշխատանքը օպտիմալացնելու համար:

Էլեկտրաէներգիայի մատակարարման դասավորությունը պլանավորելիս առաջինը հաշվի է առնվում երկու անջատիչ ընթացիկ օղակների ֆիզիկական օղակի տարածքը: 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. Գծապատկեր 1-ում ներկայացված 1 օղակում ընթացիկ ինքնահաղորդիչ մուտքային շրջանցող կոնդենսատորը (Cin1) անցնում է MOSFET- ով ներքին ինդուկտորի և ելքային շրջանցման կոնդենսատորի (CO1) բարձրակարգ MOSFET- ի շարունակական անցկացման ընթացքում և վերջապես վերադառնում մուտքային շրջանցման կոնդենսատոր:

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

Գծապատկեր 1 Էլեկտրաէներգիայի մոդուլում հանգույցի սխեմատիկ դիագրամ

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. Ներքին ինդուկտորում պահվող էներգիան հոսում է ելքային շրջանցող կոնդենսատորի և ցածր ծայրամասային MOSFEts- ի միջով ՝ GND վերադառնալուց առաջ (տե՛ս նկար 1): Տարածաշրջանը, որտեղ երկու օղակ չեն համընկնում միմյանց (ներառյալ օղակների միջև սահմանը), բարձր DI/DT հոսանք ունեցող տարածաշրջանն է: Մուտքային շրջանցման կոնդենսատորը (Cin1) առանցքային դեր է խաղում փոխարկիչին բարձր հաճախականության հոսանքը մատակարարելու և բարձր հաճախականության հոսանքը աղբյուրի ճանապարհին վերադարձնելու գործում:

Ելքային շրջանցող կոնդենսատորը (Co1) չի կրում շատ AC հոսանք, բայց հանդես է գալիս որպես բարձր հաճախականության ֆիլտր `աղմուկը փոխելու համար: Վերոնշյալ պատճառներով մուտքային և ելքային կոնդենսատորները պետք է հնարավորինս մոտ լինեն մոդուլի համապատասխան VIN և VOUT կապերին: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 2 -ում, այս միացումներից առաջացած ինդուկտիվությունը կարող է նվազագույնի հասցվել `շրջանցող կոնդենսատորների և դրանց համապատասխան VIN և VOUT կապերի միջև լարերը հնարավորինս կարճ և լայն դարձնելով:

Նկար 2 SIMPLE SWITCHER հանգույց

PCB- ի դասավորության ինդուկտիվության նվազեցումը երկու հիմնական առավելություն ունի. Նախ `բարելավել բաղադրիչների կատարումը` նպաստելով Cin1- ի և CO1- ի միջև էներգիայի փոխանցմանը: Սա երաշխավորում է, որ մոդուլն ունի լավ hf շրջանցում `նվազագույնի հասցնելով ինդուկտիվ լարման գագաթները` բարձր DI/DT հոսանքի պատճառով: Այն նաև նվազագույնի է հասցնում սարքի աղմուկը և լարման սթրեսը `բնականոն գործունեությունն ապահովելու համար: Երկրորդ, նվազագույնի հասցնել EMI- ն:

Ավելի քիչ մակաբուծային ինդուկտիվության հետ կապված կոնդենսատորները ցածր հաճախականության ցածր դիմադրողականություն են ցուցաբերում ՝ այդպիսով նվազեցնելով անցկացված ճառագայթումը: Առաջարկվում է կերամիկական կոնդենսատորներ (X7R կամ X5R) կամ այլ ցածր ESR տիպի կոնդենսատորներ: Լրացուցիչ մուտքային կոնդենսատորները կարող են գործել միայն այն դեպքում, եթե լրացուցիչ կոնդենսատորներ տեղադրվեն GND և VIN ծայրերի մոտ: 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.

Շղթայի ընթացիկ ուղու պլանավորումը հաճախ անտեսվում է, սակայն այն առանցքային դեր է խաղում էներգիայի մատակարարման նախագծման օպտիմալացման մեջ: 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.

Մոդուլում հիմնավորված կապում (ներառյալ մերկ բարձիկներ), մուտքային և ելքային կոնդենսատորները, փափուկ գործարկման կոնդենսատորները և հետադարձ ռեզիստորները պետք է միացված լինեն PCB- ի օղակի շերտին: Այս հանգույցի շերտը կարող է օգտագործվել որպես չափազանց ցածր ինդուկտիվ հոսանքով վերադարձի ուղի և որպես ստորև քննարկված ջերմության տարածման սարք:

ԳՈՐ 3 Մոդուլի և PCB- ի սխեմատիկ դիագրամ `որպես ջերմային դիմադրություն

Հետադարձ ռեզիստորը նույնպես պետք է հնարավորինս մոտ լինի մոդուլի FB (հետադարձ) քորոցին: 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.

Atերմության տարածման նախագծման առաջարկներ

Մոդուլների կոմպակտ դասավորությունը, միաժամանակ ապահովելով էլեկտրական առավելություններ, բացասաբար է անդրադառնում ջերմության տարածման նախագծման վրա, որտեղ համարժեք էներգիան սպառվում է փոքր տարածություններից: 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. Ներդիրը օգնում է ապահովել ծայրահեղ ցածր ջերմային դիմադրություն ներքին MOSFEts- ից, որոնք սովորաբար ջերմության մեծ մասն են արտադրում դեպի PCB- ն:

Icերմային դիմադրությունը (θJC) կիսահաղորդչային հանգույցից մինչև այս սարքերի արտաքին փաթեթը 1.9 ℃/Վտ է: Թեև արդյունաբերության մեջ առաջատար θJC արժեքին հասնելը իդեալական է, ցածր θJC արժեքն անիմաստ է, երբ արտաքին փաթեթի օդային ջերմային դիմադրողականությունը (θCA) չափազանց մեծ է: Եթե ​​շրջակա օդը չի ապահովում ցածր դիմադրության ջերմության տարածման ուղի, ապա ջերմությունը կկուտակվի մերկ բարձիկի վրա և չի կարող ցրվել: Այսպիսով, ինչն է որոշում θCA- ն: Bareերմային դիմադրությունը մերկ պահոցից դեպի օդ ամբողջությամբ վերահսկվում է PCB- ի դիզայնի և դրա հետ կապված ջերմատաքսի միջոցով:

Այժմ արագ դիտելու համար, թե ինչպես կարելի է նախագծել պարզ PCB առանց թևերի, 3 -րդ նկարը ցույց է տալիս մոդուլը և PCB- ն որպես ջերմային դիմադրություն: Քանի որ հանգույցի և արտաքին փաթեթի գագաթի միջև ջերմային դիմադրողականությունը համեմատաբար բարձր է միացումից մինչև մերկ պահոց ջերմային դիմադրողականության համեմատ, մենք կարող ենք անտեսել θJA ջերմության տարածման ուղին միացումից մինչև ջերմային դիմադրության առաջին գնահատման ժամանակ: շրջակա օդը (θJT):

Heatերմության տարածման նախագծման առաջին քայլը պետք է որոշել ցրվող հզորության չափը: Մոդուլի (PD) սպառած էներգիան կարելի է հեշտությամբ հաշվարկել ՝ օգտագործելով տվյալների աղյուսակում հրապարակված արդյունավետության գրաֆիկը (η):

Այնուհետև մենք օգտագործում ենք նախագծման, TAmbient և TJuncTIon (125 ° C) առավելագույն ջերմաստիճանի ջերմաստիճանի սահմանափակումները ՝ PCB- ում փաթեթավորված մոդուլների համար պահանջվող ջերմային դիմադրությունը որոշելու համար:

Ի վերջո, մենք օգտագործեցինք PCB- ի մակերևույթի վրա առավելագույն ջերմահաղորդման առավելագույն ջերմային փոխանցման պարզեցված մոտավորություն (1 ունցիա անվնաս պղնձե լողակներով և ջերմամեկուսիչ անցքերով ինչպես վերևի, այնպես էլ ստորին հարկերում) `որոշելու համար ջերմության տարածման համար անհրաժեշտ ափսեի մակերեսը:

PCB- ի պահանջվող տարածքի մոտարկումը հաշվի չի առնում այն ​​դերը, որը խաղում են ջերմության տարածման անցքերը, որոնք ջերմությունը փոխանցում են վերին մետաղի շերտից (փաթեթը միացված է PCB- ին) ներքևի մետաղի շերտին: Ներքեւի շերտը ծառայում է որպես երկրորդ մակերեսային շերտ, որի միջոցով կոնվեկցիան կարող է ջերմություն փոխանցել ափսեից: Տախտակի տարածքի մոտարկումը վավեր լինելու համար պետք է օգտագործվի առնվազն 8-10 հովացման անցք: Theերմամեկուսիչ սարքի ջերմային դիմադրությունը մոտավորվում է հետեւյալ հավասարումով.

Այս մոտարկումը վերաբերում է տիպիկ 12 մղոն տրամագծով անցքերի ՝ 0.5 ունց պղնձի կողային պատով: Հնարավորինս շատ ջերմամեկուսիչ անցքեր պետք է նախագծված լինեն մերկ պահոցից ներքև գտնվող ամբողջ տարածքում, և այդ լվացարանների անցքերը պետք է կազմեն զանգված 1 -ից 1.5 մմ հեռավորության վրա:

ամփոփում

SIMPLE SWITCHER էներգիայի մոդուլը այլընտրանք է տալիս էներգիայի մատակարարման բարդ նախագծերին և DC/DC փոխարկիչներին վերաբերող տիպիկ PCB դասավորություններին: Չնայած հատակագծային մարտահրավերները վերացվել են, որոշ ճարտարագիտական ​​աշխատանքներ դեռ պետք է կատարվեն `մոդուլների աշխատանքը օպտիմալացնելու համար` շրջանցման և ջերմության դիսպենսացիայի լավ նախագծմամբ: