Baséierend op der PCB Layout vun der Energieversuergung, dëse Pabeier stellt déi bescht PCB Layoutmethod vir, Beispiller an Techniken fir d’Performance vum einfachen Switcher Power Modul ze optimiséieren.

Wann Dir de Layout vun der Energieversuergung plangt, ass déi éischt Iwwerleeung dat kierperlecht Schleifberäich vun den zwou Schalterstroumschleifen. 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. An der Loop 1, déi an der Figur 1 gewise gëtt, passéiert déi aktuell selbstleitend Input Bypass Kondensator (Cin1) duerch de MOSFET an den internen Induktor an den Output Bypass Kondensator (CO1) wärend der kontinuéierlecher Leedung Zäit vum High-End MOSFET, a kënnt endlech zréck op den Input Contournement Kondensator.

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

Figur 1 Schematesch Diagramm vun der Loop am Kraaftmodul

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. D’Energie, déi am internen Induktor gelagert gëtt, fléisst duerch den Output -Contournementskondensator an den nidderegen Enn MOSFEts ier se zréck op GND kommen (kuck Figur 1). D’Regioun wou zwou Schleifen sech net iwwerlappen (inklusiv der Grenz tëscht Schleifen) ass d’Regioun mat héijen DI/DT Stroum. Den Input Contournement Kondensator (Cin1) spillt eng Schlësselroll beim Liwwerung vum Héichfrequenzstroum un de Konverter an den Héichfrequenzstroum zréck op säi Quellwee.

Den Output Bypass Kondensator (Co1) droen net vill AC Stroum, awer wierkt als en Héichfrequenzfilter fir Schaltergeräusche. Aus den uewe genannte Grënn solle Input an Output Kondensatoren sou no wéi méiglech un hir jeeweileg VIN a VOUT Pins um Modul plazéiert sinn. Wéi an der Figur 2 gewise gëtt, kann d’Induktanz generéiert duerch dës Verbindunge miniméiert ginn andeems d’Verdrahtung tëscht de Contournementskondensatoren an hir jeeweileg VIN a VOUT Pins sou kuerz a breet wéi méiglech ass.

Figur 2 EINFACH SWITCHER Loop

D’Induktanz an engem PCB Layout ze minimiséieren huet zwee grouss Virdeeler. Als éischt verbessert d’Komponentleistung andeems en Energietransfer tëscht Cin1 a CO1 fördert. Dëst garantéiert datt de Modul e gudden hf Bypass huet, induktive Spannungspeaks miniméieren wéinst héijen DI/DT Stroum. Et miniméiert och Geräischer Geräischer a Spannungsstress fir normal Operatioun ze garantéieren. Zweetens, miniméiert den EMI.

Kondensatoren verbonne mat manner parasitärer Induktanz weisen niddereg Impedanzseigenschaften op héich Frequenzen, sou datt gefouert Strahlung reduzéiert gëtt. Keramik Kondensatoren (X7R oder X5R) oder aner niddereg ESR Typ Kondensatoren ginn empfohlen. Zousätzlech Inputkondensatoren kënnen nëmme spillen wann zousätzlech Kondensatoren an der Géigend vum GND a VIN Enn gesat ginn. 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.

Circuit aktuell Wee Planung gëtt dacks vernoléissegt, awer et spillt eng Schlësselroll beim Optimiséiere vun der Energieversuergung. 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.

Grounded Pins (inklusiv blo Pads), Input an Output Kondensatoren, Soft-Start Kondensatoren, a Feedback Widderstänn am Modul solle all mat der Loopschicht op der PCB verbonne sinn. Dës Schleifschicht kann als Retourwee mat extrem nidderegen Induktanzstroum benotzt ginn an als Hëtztofléisungsapparat ënnen diskutéiert ginn.

FIG. 3 Schematescht Diagram vum Modul a PCB als thermesch Impedanz

De Feedbackwidderstand soll och sou no wéi méiglech un de FB (Feedback) Pin vum Modul plazéiert ginn. 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.

Wärmevergëftungsdesign Virschléi

De kompakten Layout vun de Moduler, wärend elektresch Virdeeler ubidden, huet en negativen Impakt op den Hëtztofléisungsdesign, wou gläichwäerteg Kraaft vu méi klenge Raum ofgeléist gëtt. 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. D’Pad hëlleft extrem niddereg thermesch Impedanz vun den internen MOSFEts ze liwweren, déi normalerweis déi meescht vun der Hëtzt generéieren, op d’PCB.

D’thermesch Impedanz (θJC) vun der Hallefleitung Kräizung zum baussenzege Package vun dësen Apparater ass 1.9 ℃/W. Wärend en industriell féierende θJC Wäert ideal ass, mécht en nidderegen θJC Wäert kee Sënn wann d’thermesch Impedanz (θCA) vum baussenzege Package an d’Loft ze grouss ass! Wa kee Wärmevergëftungswee mat nidderegen Impedanz zur Ëmgéigend Loft zur Verfügung gestallt gëtt, accumuléiert d’Hëtzt op der plakeger Pad a kann net ofgeléist ginn. Also wat bestëmmt θCA? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Elo fir e séiere Bléck wéi een en einfachen PCB ouni Placken designt, illustréiert d’Figur 3 de Modul an de PCB als thermesch Impedanz. Well d’thermesch Impedanz tëscht dem Kräizung an der Spëtzt vum baussenzege Package relativ héich ass am Verglach mat der thermescher Impedanz vum Kräizung op de bloen Pad, kënne mir den θJA Hëtztofléisungswee ignoréieren wärend der éischter Schätzung vun der thermescher Resistenz vum Kräizung op d’Ëmgéigend Loft (θJT).

Den éischte Schrëtt am Hëtztofléisungsdesign ass d’Quantitéit u Muecht ze bestëmmen déi ze verdreiwen ass. D’Kraaft verbraucht vum Modul (PD) kann einfach berechent ginn mat der Effizienz Graf (η) verëffentlecht an der Datentabelle.

Mir benotzen dann d’Temperaturbeschränkungen vun der maximaler Temperatur am Design, TAmbient, an der bewäertter Kräizungstemperatur, TJuncTIon (125 ° C), fir d’thermesch Resistenz ze bestëmmen déi néideg ass fir déi verpackt Moduler op der PCB.

Schlussendlech hu mir eng vereinfacht Approximatioun vum maximalen konvektiven Wärmetransfer op der PCB Uewerfläch benotzt (mat onbeschiedegt 1-Unze Kupferfinnen a villen Hëtzt ënnerzegoen Lächer op béid Uewen an ënnen Etagen) fir d’Plattefläche ze bestëmmen déi néideg ass fir Hëtztofléisung.

Déi erfuerderlech PCB Beräich Approximatioun berécksiichtegt net d’Roll vun Hëtztofléisungs Lächer, déi Hëtzt vun der Uewer Metallschicht transferéieren (de Package ass mat der PCB ugeschloss) op déi ënnescht Metallschicht. Déi ënnescht Schicht déngt als zweet Uewerflächeschicht duerch déi d’Konvektioun Hëtzt vun der Plack ka transferéieren. Op d’mannst 8 bis 10 Killlächer solle benotzt gi fir de Bordberäich Approximatioun gëlteg ze sinn. D’thermesch Resistenz vum Heizkierper gëtt vun der folgender Equatioun approximéiert.

Dës Approximatioun gëlt fir en typescht Duerchmiesser vun 12 Mils Duerchmiesser mat 0.5 Oz Kupfer Säitewand. Sou vill Hëtzt ënnerzegoen Lächer wéi méiglech solle am ganze Gebitt ënner dem bloen Pad designt ginn, an dës Hëtzt ënnerzegoen Lächer sollen eng Array bilden mat engem Abstand vun 1 bis 1.5mm.

Conclusioun komm

Den SIMPLE SWITCHER Kraaftmodul bitt eng Alternativ zu komplexe Stroumversuergungsdesigner an typesche PCB Layouten verbonne mat DC/DC Konverter. Wärend Layoutfuerderunge eliminéiert goufen, mussen nach e puer Ingenieursaarbechte gemaach gi fir d’Modulleistung mat gudde Contournement an Hëtztofléisungsdesign ze optimiséieren.