Негізделген ПХД қоректендіру блогының схемасы, бұл жұмыста ПХД орналасуының ең жақсы әдісі, қарапайым қосқыш қуат модулінің жұмысын оңтайландыру үшін мысалдар мен әдістер енгізілген.

Қуат көзінің орналасуын жоспарлау кезінде бірінші кезекте қосқыш токтың екі ілмегінің физикалық циклінің ауданы ескеріледі. 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. 1-суретте көрсетілген 1-циклде ағымдағы өздігінен өтетін кіріс айналма конденсаторы (Cin1) MOSFET арқылы ішкі индукторға және шығыс айналма конденсаторға (CO1) жоғары деңгейлі MOSFET-тің үздіксіз өткізгіштігі кезінде өтеді және ақырында оралады. кіріс айналма конденсаторы.

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

1 -сурет Қуат модуліндегі циклдің схемасы

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. Ішкі индукторда жинақталған энергия GND -ге қайтып келмес бұрын шығыс айналма конденсаторы мен төменгі MOSFEts арқылы өтеді (1 суретті қараңыз). Екі ілмек бір -бірімен қабаттаспайтын аймақ (ілмектер арасындағы шекараны қосқанда) – бұл DI/DT тогы жоғары аймақ. Кіріс айналма конденсаторы (Cin1) конвертерге жоғары жиілікті ток беруде және жоғары жиілікті токты оның бастапқы жолына қайтаруда шешуші рөл атқарады.

Шығу айналма конденсаторы (Co1) айнымалы токты көп өткізбейді, бірақ шуды ауыстыру үшін жоғары жиілікті сүзгі қызметін атқарады. Жоғарыда келтірілген себептерге байланысты кіріс және шығыс конденсаторлары модульдегі сәйкес VIN және VOUT түйреуіштеріне мүмкіндігінше жақын орналасуы керек. 2 -суретте көрсетілгендей, бұл қосылыстардың индуктивтілігін айналып өтетін конденсаторлар мен олардың тиісті VIN және VOUT түйреуіштері арасындағы сымдарды мүмкіндігінше қысқа және кең етіп жасау арқылы азайтуға болады.

2 -сурет Қарапайым қосқыш

ПХД орналасуындағы индуктивтілікті төмендетудің екі негізгі артықшылығы бар. Біріншіден, Cin1 мен CO1 арасындағы энергия алмасуды ынталандыру арқылы компоненттердің жұмысын жақсарту. Бұл модульде жоғары жиілікті айнымалы токтың болуын қамтамасыз етеді, бұл DI/DT тогының жоғары болуына байланысты индуктивті кернеудің шыңдарын азайтады. Ол сондай -ақ қалыпты жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін құрылғының шуын және кернеудің кернеуін азайтады. Екіншіден, EMI мүмкіндігін азайтыңыз.

Паразиттік индуктивтілігі төмен конденсаторлар жоғары жиілікке төмен импеданс сипаттамаларын көрсетеді, осылайша өткізілген сәулеленуді азайтады. Керамикалық конденсаторлар (X7R немесе X5R) немесе басқа төмен ESR типті конденсаторлар ұсынылады. Қосымша кіріс конденсаторлары тек қосымша конденсаторлар GND және VIN ұштарына жақын орналасқанда ғана іске қосылады. 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.

Электр тізбегінің ағымдық жолын жоспарлау жиі еленбейді, бірақ ол электрмен жабдықтау дизайнын оңтайландыруда шешуші рөл атқарады. 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.

Жерлендірілген түйреуіштер (жалаңаш жастықшаларды қоса алғанда), кіріс және шығыс конденсаторлары, жұмсақ іске қосу конденсаторлары және модульдегі кері байланыс резисторлары ПХД-дегі ілмек қабатына қосылуы керек. Бұл цикл қабаты индуктивтілік тогы өте төмен кері жол ретінде және төменде талқыланатын жылу тарату құралы ретінде қолданыла алады.

ІНЖІР. 3 Модуль мен ПХД схемасы жылу кедергісі ретінде

Кері байланыс резисторы модульдің FB (кері байланыс) түйреуішіне мүмкіндігінше жақын орналасуы керек. 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. Мысал үшін сәйкес модуль деректер кестесіндегі ПХД орналасу диаграммасын қараңыз.

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

Жылу диссипациясын жобалау бойынша ұсыныстар

Модульдердің ықшам орналасуы электрлік артықшылықтарды қамтамасыз ете отырып, жылу тарату дизайнына теріс әсер етеді, онда эквивалентті қуат кіші кеңістіктерден таралады. 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. Жастықша әдетте жылудың көп бөлігін ПХД -ге шығаратын ішкі MOSFEts -тен өте төмен жылу кедергісін қамтамасыз етуге көмектеседі.

Жартылай өткізгішті тораптан осы құрылғылардың сыртқы пакетіне дейінгі жылу кедергісі (θJC) 1.9 Ом/Вт құрайды. Өнеркәсіптің жетекші θJC мәніне жету өте жақсы, бірақ сыртқы қаптаманың ауаға термиялық кедергісі (θCA) тым үлкен болғанда, θJC төмен мәнінің мағынасы жоқ! Егер айналадағы ауаға төмен импедансылы жылу тарату жолы берілмесе, жылу жалаңаш төсекке жиналады және оны тарату мүмкін емес. Сонымен, θCA нені анықтайды? Жалаңаш жастықтан ауаға дейінгі жылу кедергісі ПХД дизайнымен және онымен байланысты жылу қабылдағышпен толық бақыланады.

Енді қарапайым ПХД -ны қанатсыз қалай құрастыруға болатынын тез қарау үшін 3 -суретте модуль мен ПХД жылу кедергісі ретінде көрсетілген. Торап пен сыртқы қаптаманың жоғарғы бөлігі арасындағы жылу кедергісі түйіспеден жалаңаш төсемге дейінгі жылу кедергісімен салыстырғанда салыстырмалы түрде жоғары болғандықтан, біз жылу өткізгіштігінің қосылу нүктесінен температураға дейінгі алғашқы бағалау кезінде θJA жылу тарату жолын елемеуге болады. қоршаған ауа (θJT).

Жылу диссипациясын жобалаудағы бірінші қадам – ​​бөлінетін қуат мөлшерін анықтау. Модуль (PD) тұтынатын қуатты деректер кестесінде жарияланған тиімділік графигінің (η) көмегімен оңай есептеуге болады.

Содан кейін біз ПХД -дегі оралған модульдер үшін қажетті жылу кедергісін анықтау үшін жобалаудағы максималды температура, TAmbient мен температуралық шектеулерді TJuncTIon (125 ° C) пайдаланамыз.

Ақырында, біз жылу диссипациясы үшін қажет пластинаның ауданын анықтау үшін ПХД бетіндегі максималды конвективті жылу алмасудың жеңілдетілген жуықтауын қолдандық (зақымдалмаған 1 унциялы мыс қанаттары мен көптеген жылу қабылдағыш тесіктері бар).

ПХД аймағының қажетті жақындатуы металды жоғарғы қабаттан (пакет ПХД қосылған) төменгі металл қабатына жылуды беретін жылу тарататын тесіктердің рөлін ескермейді. Төменгі қабат конвекция пластинадан жылуды тасымалдайтын екінші беткі қабат ретінде қызмет етеді. Тақтаның ауданының жақындауы жарамды болуы үшін кемінде 8-10 салқындатқыш тесікті пайдалану керек. Жылу қабылдағыштың жылу кедергісі келесі теңдеу арқылы жуықталады.

Бұл жуықтау диаметрі 12 миллиметрлік 0.5 мм мыс бүйір қабырғасы бар әдеттегі тесікке қолданылады. Жалаңаш төсеніштің астындағы барлық аймаққа мүмкіндігінше көп жылу қабылдағыш тесіктері жобалануы керек, ал бұл жылу қабылдағыш тесіктері 1 -ден 1.5 мм -ге дейінгі аралықты құрауы керек.

қорытынды

Қарапайым қосқыш қуат модулі DC/DC түрлендіргіштерімен байланысты күрделі қоректендіру конструкцияларына және типтік ПХД макеттеріне балама ұсынады. Орналасу қиындықтары жойылғанмен, модульдің жұмысын жақсы айналып өту және жылу диссипациясы дизайнымен оңтайландыру үшін әлі де кейбір инженерлік жұмыстарды жүргізу қажет.