Remiantis PCB Maitinimo šaltinio išdėstymas, šiame straipsnyje pristatomas geriausias PCB išdėstymo metodas, pavyzdžiai ir būdai, kaip optimizuoti paprasto perjungiklio maitinimo modulio veikimą.

Planuojant maitinimo šaltinio išdėstymą, pirmiausia reikia atsižvelgti į dviejų perjungimo srovės kilpų fizinę kilpos sritį. 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 cikle, parodytame 1 paveiksle, dabartinis savaime laidus įvesties aplinkkelio kondensatorius (Cin1) eina per MOSFET į vidinį induktorių ir išėjimo apėjimo kondensatorių (CO1) per nuolatinį aukščiausios klasės MOSFET laidumo laiką ir galiausiai grįžta į įvesties aplinkkelio kondensatorius.

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

1 pav. Maitinimo modulio kilpos schema

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. Prieš grįžtant į GND, vidinėje induktoriuje kaupiama energija teka per išėjimo apėjimo kondensatorių ir žemos klasės MOSFEts (žr. 1 pav.). Regionas, kuriame dvi kilpos nesutampa (įskaitant ribą tarp kilpų), yra regionas, kuriame yra didelė DI/DT srovė. Įvesties aplinkkelio kondensatorius (Cin1) atlieka pagrindinį vaidmenį tiekiant aukšto dažnio srovę į keitiklį ir grąžinant aukšto dažnio srovę į šaltinio kelią.

Išėjimo aplinkkelio kondensatorius (Co1) neturi daug kintamosios srovės, tačiau veikia kaip aukšto dažnio filtras, skirtas perjungti triukšmą. Dėl minėtų priežasčių įvesties ir išvesties kondensatoriai turi būti dedami kuo arčiau jų atitinkamų modulio VIN ir VOUT kaiščių. Kaip parodyta 2 paveiksle, šių jungčių sukuriamą induktyvumą galima sumažinti sumažinus laidus tarp apėjimo kondensatorių ir jų atitinkamų VIN ir VOUT kaiščių.

2 pav. PAPRASTAS JUNGIKLIO kilpa

Sumažinti induktyvumą PCB išdėstyme turi du pagrindinius privalumus. Pirma, pagerinkite komponentų našumą skatindami energijos perdavimą tarp Cin1 ir CO1. Tai užtikrina, kad modulis turi gerą hf apėjimą, sumažindamas indukcinės įtampos viršūnes dėl didelės DI/DT srovės. Tai taip pat sumažina prietaiso triukšmą ir įtampą, kad būtų užtikrintas normalus veikimas. Antra, sumažinkite EMI.

Kondensatoriai, prijungti prie mažesnio parazitinio induktyvumo, pasižymi žemos varžos charakteristikomis iki aukšto dažnio, taip sumažinant laidžią spinduliuotę. Rekomenduojami keraminiai kondensatoriai (X7R arba X5R) arba kiti žemo ESR tipo kondensatoriai. Papildomi įvesties kondensatoriai gali veikti tik tuo atveju, jei šalia GND ir VIN galų yra papildomų kondensatorių. 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.

Grandinės srovės planavimas dažnai nepaisomas, tačiau jis atlieka pagrindinį vaidmenį optimizuojant maitinimo šaltinio dizainą. 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.

Įžeminti kaiščiai (įskaitant plyteles), įvesties ir išvesties kondensatoriai, minkšto paleidimo kondensatoriai ir modulio grįžtamojo ryšio rezistoriai turi būti prijungti prie PCB kilpos sluoksnio. Šis kilpos sluoksnis gali būti naudojamas kaip grįžtamasis kelias su itin maža induktyvumo srove ir kaip šilumos išsklaidymo įtaisas, aptartas toliau.

Fig. 3 Modulio ir PCB kaip šiluminės varžos schema

Grįžtamojo ryšio rezistorius taip pat turėtų būti kuo arčiau modulio FB (grįžtamojo ryšio) kaiščio. 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.

Šilumos išsklaidymo dizaino pasiūlymai

Kompaktiškas modulių išdėstymas, nors ir suteikia elektros energijos, turi neigiamos įtakos šilumos išsklaidymo dizainui, kai lygiavertė galia yra išsklaidoma iš mažesnių erdvių. 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. Padas padeda užtikrinti labai mažą šiluminę varžą iš vidinių MOSFEts, kurios paprastai generuoja didžiąją dalį šilumos, į PCB.

Šiluminė varža (θJC) nuo puslaidininkių sandūros iki išorinės šių prietaisų pakuotės yra 1.9 ℃/W. Nors ideali pasiekti pramonėje pirmaujančią θJC vertę, maža θJC vertė neturi prasmės, kai išorinės pakuotės šiluminė varža į orą yra per didelė! Jei aplinkiniam orui nėra numatytas mažos varžos šilumos išsklaidymo kelias, šiluma kaupsis ant pliko pado ir negali būti išsklaidyta. Taigi, kas lemia θCA? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Dabar, norėdami greitai pamatyti, kaip sukurti paprastą PCB be pelekų, 3 paveiksle pavaizduotas modulis ir PCB kaip šiluminė varža. Kadangi šiluminė varža tarp sankryžos ir išorinės pakuotės viršaus yra palyginti didelė, palyginti su šilumine varža nuo sankryžos iki pliko pado, mes galime nekreipti dėmesio į θJA šilumos išsklaidymo kelią per pirmąjį šiluminės varžos įvertinimą nuo sankryžos iki aplinkinis oras (θJT).

Pirmasis šilumos išsklaidymo projektavimo žingsnis yra nustatyti išsklaidomos galios kiekį. Modulio (PD) sunaudotą galią galima lengvai apskaičiuoti naudojant duomenų lentelėje paskelbtą efektyvumo grafiką (η).

Tada, norėdami nustatyti šiluminę varžą, reikalingą supakuotiems moduliams ant PCB, naudojame konstrukcijos „TAmbient“ maksimalios temperatūros ir vardinės sandūros temperatūros TJuncTIon (125 ° C) temperatūros apribojimus.

Galiausiai, norėdami nustatyti plokštelės plotą, reikalingą šilumos išsklaidymui, mes panaudojome supaprastintą maksimalaus konvekcinio šilumos perdavimo ant PCB paviršiaus apytikslį (su nepažeistomis 1 uncijos vario pelekais ir daugybe radiatoriaus skylių viršutiniame ir apatiniame aukštuose).

Nustatant reikiamą PCB plotą, neatsižvelgiama į vaidmenį, kurį atlieka šilumos išsklaidymo angos, perduodančios šilumą iš viršutinio metalo sluoksnio (pakuotė prijungta prie PCB) į apatinį metalo sluoksnį. Apatinis sluoksnis tarnauja kaip antrasis paviršinis sluoksnis, per kurį konvekcija gali perduoti šilumą iš plokštės. Norint, kad plokštės plotas būtų suderintas, turėtų būti naudojamos mažiausiai 8–10 aušinimo angų. Šilumos kriauklės šiluminė varža yra apytikslė pagal šią lygtį.

Šis derinimas taikomas tipinei 12 milimetrų skersmens skylutei su 0.5 uncijos vario šonine sienele. Visoje srityje po plikiniu padu turi būti suprojektuota kuo daugiau skylių, o šios skylės turėtų sudaryti masyvą, kurio atstumas būtų nuo 1 iki 1.5 mm.

išvada

SIMPLE SWITCHER maitinimo modulis yra alternatyva sudėtingiems maitinimo šaltiniams ir tipiškiems PCB išdėstymams, susijusiems su DC/DC keitikliais. Nors išdėstymo iššūkiai buvo pašalinti, vis tiek reikia atlikti tam tikrus inžinerinius darbus, kad optimizuotų modulio našumą, gerai apeinant ir išsklaidant šilumą.