დაფუძნებულია PCB ელექტროენერგიის მიწოდების განლაგება, ეს ნაშრომი წარმოგიდგენთ საუკეთესო PCB განლაგების მეთოდს, მაგალითებსა და ტექნიკას მარტივი გადამრთველის სიმძლავრის მოდულის მუშაობის ოპტიმიზაციისათვის.

დენის წყაროს განლაგების დაგეგმვისას, პირველი გასათვალისწინებელია ორი გადართვის მიმდინარე მარყუჟის ფიზიკური მარყუჟის ფართობი. 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. მარყუჟში 1 ნაჩვენებია 1-ში, მიმდინარე თვითგამტარი შემავალი შემოვლითი კონდენსატორი (Cin1) გადის MOSFET– ში შიდა ინდუქტორსა და გამომავალ შემოვლითი კონდენსატორში (CO1) მაღალი დონის MOSFET– ის უწყვეტი გამტარობის დროს და საბოლოოდ ბრუნდება შეყვანის შემოვლითი კონდენსატორი.

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

ფიგურა 1 მარყუჟის სქემატური დიაგრამა სიმძლავრის მოდულში

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. შიდა ინდუქტორში შენახული ენერგია მიედინება გამომავალი შემოვლითი კონდენსატორის და დაბალი დონის MOSFEts– ით GND– ში დაბრუნებამდე (იხ. სურათი 1). რეგიონი, სადაც ორი მარყუჟი არ გადაფარავს ერთმანეთს (მათ შორის საზღვარი მარყუჟებს შორის) არის რეგიონი მაღალი DI/DT დენით. შეყვანის შემოვლითი კონდენსატორი (Cin1) გადამწყვეტ როლს ასრულებს კონვერტორის მაღალი სიხშირის დენის მიწოდებაში და მაღალი სიხშირის დენის დაბრუნებას წყაროს გზაზე.

გამომავალი შემოვლითი კონდენსატორი (Co1) არ ატარებს ბევრ AC დენს, მაგრამ მოქმედებს როგორც მაღალი სიხშირის ფილტრი ხმაურის გადართვისთვის. ზემოაღნიშნული მიზეზების გამო, შემავალი და გამომავალი კონდენსატორები უნდა განთავსდეს რაც შეიძლება ახლოს მათ შესაბამის VIN და VOUT ქინძისთავებთან მოდულზე. როგორც ნაჩვენებია ფიგურა 2 -ში, ამ კავშირებით წარმოქმნილი ინდუქტიურობა შეიძლება შემცირდეს შემოვლითი კონდენსატორებსა და მათ შესაბამის VIN და VOUT ქინძისთავებს შორის რაც შეიძლება მოკლე და ფართო.

სურათი 2 SIMPLE SWITCHER მარყუჟი

PCB განლაგებაში ინდუქციის შემცირებას ორი ძირითადი უპირატესობა აქვს. პირველი, გააუმჯობესეთ კომპონენტის შესრულება Cin1- სა და CO1- ს შორის ენერგიის გადაცემის ხელშეწყობით. ეს უზრუნველყოფს მოდულს კარგი hf შემოვლითი გზით, რაც ამცირებს ინდუქციური ძაბვის მწვერვალებს მაღალი DI/DT დენის გამო. ის ასევე ამცირებს მოწყობილობის ხმაურს და ძაბვის სტრესს ნორმალური მუშაობის უზრუნველსაყოფად. მეორე, შეამცირეთ EMI.

ნაკლები პარაზიტული ინდუქციურობით დაკავშირებული კონდენსატორები აჩვენებენ დაბალი წინაღობის მახასიათებლებს მაღალ სიხშირეებზე, რითაც ამცირებენ ჩატარებულ გამოსხივებას. რეკომენდირებულია კერამიკული კონდენსატორები (X7R ან X5R) ან სხვა დაბალი ESR ტიპის კონდენსატორები. დამატებითი შემავალი კონდენსატორების მოქმედება შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ დამატებითი კონდენსატორები მოთავსებულია GND და VIN ბოლოებთან ახლოს. 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.

მიკროსქემის მიმდინარე ბილიკის დაგეგმვა ხშირად უგულებელყოფილია, მაგრამ ის გადამწყვეტ როლს ასრულებს ელექტრომომარაგების დიზაინის ოპტიმიზაციაში. 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.

დაფუძნებული ქინძისთავები (შიშველი ბალიშების ჩათვლით), შემავალი და გამომავალი კონდენსატორები, რბილი დაწყების კონდენსატორები და უკუკავშირის რეზისტორები მოდულში უნდა იყოს დაკავშირებული PCB მარყუჟის ფენასთან. ეს მარყუჟის ფენა შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც დასაბრუნებელი გზა უკიდურესად დაბალი ინდუქციური დენით და როგორც სითბოს გაფრქვევის მოწყობილობა ქვემოთ განხილული.

ნახ. 3 მოდულისა და PCB- ის სქემატური დიაგრამა, როგორც თერმული წინაღობა

უკუკავშირის რეზისტორი ასევე მაქსიმალურად ახლოს უნდა იყოს მოდულის FB (უკუკავშირის) პინთან. 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. მაგალითად, იხილეთ PCB განლაგების სქემა შესაბამისი მოდულის მონაცემთა ცხრილში.

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

სითბოს გაფრქვევის დიზაინის შემოთავაზებები

მოდულების კომპაქტური განლაგება, ელექტრული სარგებლის უზრუნველყოფისას, უარყოფითად აისახება სითბოს გაფრქვევის დიზაინზე, სადაც ექვივალენტური ენერგია იშლება პატარა სივრცეებიდან. 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. ბალიში უზრუნველყოფს უკიდურესად დაბალ თერმული წინაღობას შიდა MOSFEts– დან, რომელიც, როგორც წესი, გამოიმუშავებს სითბოს უმეტესობას, PCB– დან.

თერმული წინაღობა (θJC) ნახევარგამტარული შეერთებიდან ამ მოწყობილობების გარე პაკეტამდე არის 1.9 ℃/W. მიუხედავად იმისა, რომ ინდუსტრიის წამყვანი θJC მნიშვნელობის მიღწევა იდეალურია, დაბალი θJC მნიშვნელობა აზრი არ აქვს, როდესაც ჰაერის გარე პაკეტის თერმული წინაღობა (θCA) ძალიან დიდია! თუ მიმდებარე ჰაერში არ არის გათვალისწინებული დაბალი წინაღობის სითბოს გაფრქვევის გზა, სითბო დაგროვდება შიშველ ბალიშზე და მისი გაფანტვა შეუძლებელია. რა განსაზღვრავს θCA? შიშველი ბალიდან ჰაერამდე თერმული წინააღმდეგობა სრულად კონტროლდება PCB- ის დიზაინით და მასთან დაკავშირებული გათბობით.

ახლა იმისთვის, რომ ნახოთ თუ როგორ უნდა შეიმუშაოს მარტივი PCB ფარფლების გარეშე, ფიგურა 3 ასახავს მოდულს და PCB თერმული წინაღობას. იმის გამო, რომ თერმული წინაღობა შეერთებას და გარე პაკეტის ზედა ნაწილს შედარებით მაღალია თერმული წინაღობისგან შეერთებიდან შიშველ ბალიშამდე, ჩვენ შეგვიძლია უგულებელვყოთ θJA სითბოს გაფრქვევის გზა შეერთებიდან თერმული წინააღმდეგობის პირველი შეფასების დროს მიმდებარე ჰაერი (θJT).

სითბოს გაფრქვევის დიზაინის პირველი ნაბიჯი არის დასაშლელი ენერგიის რაოდენობის განსაზღვრა. მოდულის (PD) მიერ მოხმარებული სიმძლავრე ადვილად გამოითვლება მონაცემების ცხრილში გამოქვეყნებული ეფექტურობის გრაფიკის (η) გამოყენებით.

ჩვენ ვიყენებთ მაქსიმალურ ტემპერატურულ შეზღუდვებს დიზაინში, TAmbient და ნომინალურ შეერთების ტემპერატურაზე, TJuncTIon (125 ° C), რათა დავადგინოთ PCB– ზე დაფასოებული მოდულებისთვის საჭირო თერმული წინააღმდეგობა.

დაბოლოს, ჩვენ გამოვიყენეთ PCB ზედაპირზე მაქსიმალური კონვექციური სითბოს გადაცემის გამარტივებული მიახლოება (დაუზიანებელი 1 უნცია სპილენძის ფარფლებითა და სითბოს ჩაძირვის მრავალრიცხოვანი ხვრელებით როგორც ზედა, ასევე ქვედა სართულებზე), რათა დავადგინოთ სითბოს გაფრქვევისთვის საჭირო ფირფიტის ფართობი.

PCB ფართობის საჭირო მიახლოება არ ითვალისწინებს იმ როლს, რომელსაც ასრულებენ სითბოს გამყოფი ხვრელები, რომლებიც სითბოს გადასცემენ ლითონის ზედა ფენიდან (პაკეტი დაკავშირებულია PCB- თან) ქვედა ლითონის შრეზე. ქვედა ფენა წარმოადგენს მეორე ზედაპირის ფენას, რომლის მეშვეობითაც კონვექციას შეუძლია სითბოს გადატანა ფირფიტიდან. დაფის ფართობის მიახლოება რომ იყოს მართებული, უნდა იქნას გამოყენებული მინიმუმ 8 დან 10 გაგრილების ხვრელი. გამათბობლის თერმული წინააღმდეგობა მიახლოებულია შემდეგი განტოლებით.

ეს მიახლოება ვრცელდება 12 მილიმეტრის დიამეტრის ტიპურ გამჭოლი ხვრელთან 0.5 უნცია სპილენძის გვერდით. რაც შეიძლება მეტი სითბოს ჩაძირვის ხვრელი უნდა იყოს დაპროექტებული შიშველი ბალიშის ქვემოთ არსებულ მთელ არეალში, ხოლო ამ ჩაძირვის ხვრელებმა უნდა შექმნან მასივი ინტერვალით 1 -დან 1.5 მმ -მდე.

დასკვნა

SIMPLE SWITCHER სიმძლავრის მოდული უზრუნველყოფს ალტერნატივას კომპლექსური კვების ბლოკისა და ტიპიური PCB განლაგებისათვის, რომლებიც დაკავშირებულია DC/DC გადამყვანებთან. მიუხედავად იმისა, რომ განლაგების გამოწვევები აღმოფხვრილია, ჯერ კიდევ საჭიროა საინჟინრო სამუშაოების ჩატარება მოდულის მუშაობის ოპტიმიზაციისთვის კარგი შემოვლითი და სითბოს გაფრქვევის დიზაინით.