Pamatojoties uz PCB barošanas avota izkārtojums, šajā rakstā ir iepazīstināta ar labāko PCB izkārtojuma metodi, piemēriem un paņēmieniem, kā optimizēt vienkārša slēdža barošanas moduļa veiktspēju.

Plānojot barošanas avota izkārtojumu, pirmais apsvērums ir divu komutācijas strāvas cilpu fiziskās cilpas laukums. Lai gan šie cilpas reģioni barošanas modulī lielākoties nav redzami, ir svarīgi saprast abu cilpu attiecīgos pašreizējos ceļus, jo tie sniedzas ārpus moduļa. 1. cilpā, kas parādīta 1. attēlā, pašreizējais pašvadošais ieejas apvedceļa kondensators (Cin1) augstākās klases MOSFET nepārtrauktā vadīšanas laikā caur MOSFET nonāk iekšējā induktora un izejas apvedceļa kondensatorā (CO1) un beidzot atgriežas pie ieejas apvedceļa kondensators.

Strāvas shēmas shēma strāvas modulī www.elecfans.com

1. attēls Strāvas moduļa cilpas shematiska diagramma

Cilpa 2 veidojas iekšējo augstākās klases MOSFEts izslēgšanās laikā un zemākās klases MOSFEts ieslēgšanās laikā. Iekšējā induktorā uzglabātā enerģija pirms atgriešanās GND plūst caur izejas apvedceļa kondensatoru un zemas klases MOSFEts (sk. 1. attēlu). Reģions, kurā divas cilpas nepārklājas viena ar otru (ieskaitot robežu starp cilpām), ir reģions ar augstu DI/DT strāvu. Ieejas apvada kondensatoram (Cin1) ir galvenā loma, lai pārveidotājam piegādātu augstfrekvences strāvu un atgrieztu augstfrekvences strāvu avota ceļā.

Izejas apvedceļa kondensators (Co1) nenes daudz maiņstrāvas, bet darbojas kā augstfrekvences filtrs trokšņa pārslēgšanai. Iepriekš minēto iemeslu dēļ ieejas un izejas kondensatori jānovieto pēc iespējas tuvāk to attiecīgajām moduļa VIN un VOUT tapām. Kā parādīts 2. attēlā, šo savienojumu radīto induktivitāti var samazināt, padarot elektroinstalāciju starp apvada kondensatoriem un to attiecīgajām VIN un VOUT tapām pēc iespējas īsāku un platāku.

2. attēls VIENKĀRŠA PĀRSLĒGTĀJA cilpa

Induktivitātes samazināšanai PCB izkārtojumā ir divas galvenās priekšrocības. Pirmkārt, uzlabojiet komponentu veiktspēju, veicinot enerģijas pārnesi starp Cin1 un CO1. Tas nodrošina, ka modulim ir labs hf apvedceļš, samazinot induktīvā sprieguma maksimumu augstās DI/DT strāvas dēļ. Tas arī samazina ierīces troksni un spriegumu, lai nodrošinātu normālu darbību. Otrkārt, samaziniet EMI.

Kondensatoriem, kas savienoti ar mazāku parazītu induktivitāti, ir zemas pretestības īpašības līdz augstām frekvencēm, tādējādi samazinot vadīto starojumu. Ieteicami keramiskie kondensatori (X7R vai X5R) vai citi zema ESR tipa kondensatori. Papildu ieejas kondensatori var darboties tikai tad, ja papildu kondensatori ir novietoti netālu no GND un VIN galiem. SIMPLE SWITCHER barošanas modulis ir unikāli izstrādāts tā, lai tam būtu zems starojums un tā vadītu EMI. Tomēr, lai sasniegtu augstāku veiktspēju, ievērojiet šajā rakstā aprakstītās PCB izkārtojuma vadlīnijas.

Ķēdes strāvas ceļa plānošana bieži tiek atstāta novārtā, taču tai ir galvenā loma barošanas avota konstrukcijas optimizēšanā. Turklāt Cin1 un CO1 zemējuma vadi pēc iespējas jāsamazina un jāpaplašina, un tukšiem spilventiņiem jābūt tieši savienotiem, kas ir īpaši svarīgi ieejas kondensatora (Cin1) zemējuma savienojumiem ar lielu maiņstrāvu.

Zemētajām tapām (ieskaitot tukšos spilventiņus), ieejas un izejas kondensatoriem, mīkstās palaišanas kondensatoriem un moduļa atgriezeniskās saites rezistoriem jābūt savienotiem ar PCB cilpas slāni. Šo cilpas slāni var izmantot kā atgriešanās ceļu ar ārkārtīgi zemu induktivitātes strāvu un kā siltuma izkliedes ierīci, kas aplūkota turpmāk.

FIG. 3 Moduļa un PCB shematiska shēma kā siltuma pretestība

Arī atgriezeniskās saites rezistors jānovieto pēc iespējas tuvāk moduļa FB (atgriezeniskās saites) tapai. Lai samazinātu iespējamo trokšņa slāpēšanas vērtību šajā augstas pretestības mezglā, ir svarīgi, lai līnija starp FB tapu un atgriezeniskās saites rezistora vidējo pieskārienu būtu pēc iespējas īsāka. Pieejamās kompensācijas sastāvdaļas vai priekšplūsmas kondensatori jānovieto pēc iespējas tuvāk augšējam atgriezeniskās saites rezistoram. Piemēru skatiet PCB izkārtojuma diagrammā attiecīgajā moduļa datu tabulā.

LMZ14203 izkārtojuma piemēru skatiet lietojumprogrammas rokasgrāmatas dokumentā AN-2024, kas pieejams vietnē www.naTIonal.com.

Siltuma izkliedes dizaina ieteikumi

Kompaktais moduļu izkārtojums, vienlaikus nodrošinot elektriskās priekšrocības, negatīvi ietekmē siltuma izkliedes dizainu, kur līdzvērtīga jauda tiek izvadīta no mazākām telpām. Lai atrisinātu šo problēmu, SIMPLE SWITCHER barošanas moduļa iepakojuma aizmugurē ir izveidots viens liels tukšs paliktnis un tas ir elektriski iezemēts. Spilventiņš palīdz nodrošināt ārkārtīgi zemu termisko pretestību no iekšējiem MOSFEts, kas parasti rada lielāko daļu siltuma, uz PCB.

Termiskā pretestība (θJC) no pusvadītāju savienojuma līdz šo ierīču ārējam iepakojumam ir 1.9 ℃/W. Lai gan nozarē vadošās θJC vērtības sasniegšana ir ideāla, zemai θJC vērtībai nav jēgas, ja ārējā iepakojuma gaisa pretestība (θCA) gaisā ir pārāk liela! Ja apkārtējam gaisam netiek nodrošināts zemas pretestības siltuma izkliedēšanas ceļš, siltums uzkrājas uz tukšā paliktņa un to nevar izkliedēt. Tātad, kas nosaka θCA? Termisko pretestību no tukša paliktņa līdz gaisam pilnībā kontrolē PCB dizains un ar to saistītā siltuma izlietne.

Tagad, lai ātri apskatītu, kā izveidot vienkāršu PCB bez spurām, 3. attēls ilustrē moduli un PCB kā siltuma pretestību. Tā kā siltuma pretestība starp krustojumu un ārējā iepakojuma augšpusi ir salīdzinoši augsta, salīdzinot ar termisko pretestību no krustojuma līdz tukšajam spilventiņam, mēs varam ignorēt θJA siltuma izkliedes ceļu, veicot pirmo termiskās pretestības novērtējumu no krustojuma līdz apkārtējo gaisu (θJT).

Pirmais solis siltuma izkliedes projektēšanā ir izkliedējamās jaudas daudzuma noteikšana. Moduļa (PD) patērēto jaudu var viegli aprēķināt, izmantojot datu tabulā publicēto efektivitātes grafiku (η).

Pēc tam mēs izmantojam maksimālās temperatūras ierobežojumus projektā TAmbient un nominālo savienojuma temperatūru TJuncTIon (125 ° C), lai noteiktu termisko pretestību, kas nepieciešama PCB iepakotajiem moduļiem.

Visbeidzot, mēs izmantojām vienkāršotu maksimālās konvekcijas siltuma pārneses tuvināšanu uz PCB virsmas (ar nebojātām 1 unces vara spurām un daudziem siltuma izlietnes caurumiem gan augšējā, gan apakšējā stāvā), lai noteiktu plāksnes laukumu, kas nepieciešams siltuma izkliedēšanai.

Nepieciešamajā PCB laukuma tuvināšanā netiek ņemta vērā siltuma izkliedēšanas caurumu loma, kas pārnes siltumu no augšējā metāla slāņa (iepakojums ir pievienots PCB) uz apakšējo metāla slāni. Apakšējais slānis kalpo kā otrs virsmas slānis, caur kuru konvekcija var pārnest siltumu no plāksnes. Lai plāksnes laukuma tuvināšana būtu derīga, jāizmanto vismaz 8 līdz 10 dzesēšanas atveres. Radiatora siltuma pretestība ir aptuvena ar šādu vienādojumu.

Šis tuvinājums attiecas uz tipisku caurumu 12 mm diametrā ar 0.5 oz vara sānu malu. Visā apgabalā zem tukšā spilventiņa jāizveido pēc iespējas vairāk atveru caurumiem, un šiem caurumiem jāveido masīvs ar atstarpi no 1 līdz 1.5 mm.

secinājums

SIMPLE SWITCHER barošanas modulis nodrošina alternatīvu sarežģītiem barošanas avotiem un tipiskiem PCB izkārtojumiem, kas saistīti ar DC/DC pārveidotājiem. Lai gan izkārtojuma problēmas ir novērstas, vēl ir jāveic daži inženiertehniskie darbi, lai optimizētu moduļa veiktspēju ar labu apvedceļa un siltuma izkliedes dizainu.