Adhedhasar PCB tata letak pasokan listrik, makalah iki ngenalake cara, conto lan teknik tata letak PCB paling apik kanggo ngoptimalake kinerja modul tenaga switch sederhana.

Nalika ngrancang tata letak pasokan listrik, pertimbangan pertama yaiku area loop fisik saka rong puteran saiki sing ngalih. 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. Ing daur ulang 1 ditampilake ing Gambar 1, kapasitor bypass input mandhiri saiki (Cin1) ngliwati MOSFET menyang induktor internal lan kapasitor bypass output (CO1) sajrone wektu konduksi terus-terusan MOSFET kelas dhuwur, lan pungkasane bali menyang kapasitor bypass input.

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

Gambar 1 Diagram skema loop ing modul daya

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. Energi sing disimpen ing induktor internal mili liwat kapasitor bypass output lan MOSFEts endhek sadurunge bali menyang GND (waca Gambar 1). Wilayah ing endi rong daur ulang ora tumpang tindih (kalebu wates antarane daur ulang) yaiku wilayah kanthi arus DI / DT sing dhuwur. Kapasitor bypass input (Cin1) nduweni peran penting kanggo nyedhiyakake arus frekuensi dhuwur menyang konverter lan ngasilake arus frekuensi dhuwur menyang jalur sumber kasebut.

Kapasitor bypass output (Co1) ora nggawa arus AC, nanging minangka filter frekuensi dhuwur kanggo ngoper swara. Amarga alasan ing ndhuwur, kapasitor input lan output kudu diselehake nganti cedhak pin VIN lan VOUT masing-masing ing modul kasebut. Kaya sing dituduhake ing Gambar 2, induktansi sing digawe dening koneksi kasebut bisa diminimalake kanthi nggawe kabel antarane kapasitor bypass lan pin VIN lan VOUT masing-masing cekak lan amba sabisa.

Gambar 2 loop SWITCHER SIMPLE

Minimalake induktansi ing tata letak PCB duwe rong mupangat utama. Pisanan, tingkatake kinerja komponen kanthi promosi transfer energi ing antarane Cin1 lan CO1. Iki mesthekake yen modul duwe bypass hf sing apik, minimalake puncak voltase induktif amarga arus DI / DT sing dhuwur. Iki uga nyuda gangguan piranti lan stres voltase supaya operasi normal bisa normal. Kapindho, minimalake EMI.

Kapasitor sing ana gandhengane karo induktansi parasit sing kurang nuduhake karakteristik impedansi rendah kanggo frekuensi dhuwur, saengga bisa nyuda radiasi sing ditindakake. Kapasitor keramik (X7R utawa X5R) utawa kapasitor jinis ESR liyane luwih murah. Kapasitor input tambahan mung bisa dimainake yen kapasitor tambahan diselehake ing cedhak ujung GND lan VIN. 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.

Rencana jalur sirkuit saiki asring diabaikan, nanging nduweni peran penting kanggo ngoptimalake desain pasokan listrik. 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.

Pin lemah (kalebu bantalan kosong), kapasitor input lan output, kapasitor wiwitan alus, lan resistor umpan balik ing modul kabeh kudu disambungake menyang lapisan loop ing PCB. Lapisan loop iki bisa digunakake minangka jalur bali kanthi arus induktansi sing sithik banget lan minangka piranti disipasi panas sing dibahas ing ngisor iki.

GAMBAR 3 Diagram skema modul lan PCB minangka impedansi termal

Resistor umpan balik uga kudu diselehake nganti cedhak pin FB (umpan balik) modul. 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.

Saran Desain Disipasi Panas

Tata letak kompak modul, nalika nyedhiyakake mupangat listrik, duweni pengaruh negatif marang desain disipasi panas, ing endi kekuwatan sing padha ilang saka Spasi sing luwih cilik. 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. Bantalan kasebut nyedhiyakake impedansi termal sing sithik banget saka MOSFEts internal, sing umume ngasilake panas, menyang PCB.

Impedansi termal (θJC) saka persimpangan semikonduktor menyang paket njaba piranti kasebut yaiku 1.9 ℃ / W. Nalika entuk nilai θJC sing misuwur ing industri iku ideal, regane θJC sing murah ora ana artine nalika impedansi termal (θCA) paket njaba menyang udhara apik banget! Yen ora kasedhiya jalur disipasi panas impedansi rendah ing udhara ing saubengé, panas bakal nglumpukake ing bantalan kosong lan ora bisa dibuwang. Dadi apa sing nemtokake θCA? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Saiki, kanggo dipikir cepet babagan ngrancang PCB sing sederhana tanpa sirip, gambar 3 nggambarake modul lan PCB minangka impedansi termal. Amarga impedansi termal ing antarane persimpangan lan ndhuwur paket njaba cukup dhuwur tinimbang impedansi termal saka persimpangan menyang pad kosong, kita bisa nglirwakake jalur disipasi panas θJA sajrone ngira resistensi termal pisanan saka persimpangan menyang hawa sakiwa tengene (θJT).

Langkah kapisan ing desain dissipation panas yaiku nemtokake jumlah kekuwatan sing bakal dibuwang. Daya sing dikonsumsi modul (PD) bisa gampang diitung nggunakake grafik efisiensi (η) sing diterbitake ing tabel data.

Banjur nggunakake watesan suhu suhu maksimum ing desain, TAmbient, lan suhu persimpangan sing dirating, TJuncTIon (125 ° C), kanggo nemtokake resistensi termal sing dibutuhake kanggo modul rangkep ing PCB.

Pungkasan, kita nggunakake pendekatan sing gampang saka transfer panas konvektif maksimum ing permukaan PCB (kanthi sirip tembaga 1 ons sing ora rusak lan akeh bolongan sink panas ing jubin ndhuwur lan ngisor) kanggo nemtokake area piring sing dibutuhake kanggo pembuangan panas.

Perkiraan area PCB sing dibutuhake ora nganggep peran sing dimainake dening bolongan disipasi panas sing mindhah panas saka lapisan logam ndhuwur (paket kasebut disambungake menyang PCB) menyang lapisan logam ngisor. Lapisan ngisor minangka lapisan lumahing kaloro sing konveksi bisa mindhah panas saka piring. Paling ora 8 nganti 10 bolongan adhem kudu digunakake kanggo cedhak papan sing bisa ditrapake. Resistensi termal sink panas kira-kira karo persamaan ing ngisor iki.

Perkiraan iki ditrapake kanggo bolongan khas diameter 12 mil kanthi trotoar tembaga 0.5 oz. Sepira bolongan sink panas bisa dirancang ing kabeh wilayah ing ngisor pad telanjang, lan bolongan sink panas kasebut kudu digawe larik kanthi jarak 1 nganti 1.5mm.

kesimpulan

Modul daya SIMPLE SWITCHER nyedhiyakake alternatif kanggo desain pasokan listrik kompleks lan tata letak PCB khas sing ana gandhengane karo konverter DC / DC. Nalika tantangan tata letak wis diilangi, sawetara karya rekayasa isih kudu ditindakake kanggo ngoptimalake kinerja modul kanthi bypass lan desain disipasi panas sing apik.