Врз основа на ПХБ распоред на напојување, овој труд го воведува најдобриот метод за распоред на ПХБ, примери и техники за оптимизирање на перформансите на едноставниот модул за напојување.

При планирање на распоредот на напојување, првото внимание е областа на физичката јамка на двете преклопни струјни јамки. Иако овие региони на јамка се во голема мера невидливи во модулот за напојување, важно е да се разберат соодветните тековни патеки на двете јамки, бидејќи тие се протегаат надвор од модулот. Во јамката 1 прикажана на Слика 1, тековниот самопроводен влезен бајпас кондензатор (Cin1) минува низ MOSFET до внатрешниот индуктор и излезен бајпас кондензатор (CO1) за време на континуираното спроведување на врвниот MOSFET, и конечно се враќа во влезниот бајпас кондензатор.

Шематски дијаграм на јамка во модулот за напојување www.elecfans.com

Слика 1 Шематски дијаграм на јамка во модулот за напојување

Јамката 2 се формира за време на времето на исклучување на внатрешната висока класа MOSFEts и времето на вклучување на MOSFEts од ниската класа. Енергијата складирана во внатрешниот индуктор тече низ излезен бајпас кондензатор и низок крај MOSFEts пред да се врати на GND (види слика 1). Регионот каде што две јамки не се преклопуваат едни со други (вклучувајќи ја и границата помеѓу петелките) е регионот со висока DI/DT струја. Влезниот бајпас кондензатор (Cin1) игра клучна улога во снабдувањето на струјата со висока фреквенција во конверторот и враќањето на струјата со висока фреквенција на изворната патека.

Кондензаторот за излезен бајпас (Co1) не носи многу наизменична струја, но дејствува како филтер со висока фреквенција за префрлување на бучава. Од горенаведените причини, влезните и излезните кондензатори треба да бидат поставени што е можно поблиску до нивните соодветни VIN и VOUT пинови на модулот. Како што е прикажано на слика 2, индуктивноста генерирана од овие врски може да се минимизира со тоа што жици помеѓу кондензаторите за бајпас и нивните соодветни пинови VIN и VOUT што е можно пократки и пошироки.

Слика 2 ЕДОНСТВЕН јамка за префрлување

Минимизирањето на индуктивноста во распоредот на ПХБ има две главни придобивки. Прво, подобрете ги перформансите на компонентите преку промовирање на пренос на енергија помеѓу Cin1 и CO1. Ова осигурува дека модулот има добар бајпас hf, минимизирање на врвовите на индуктивниот напон поради високата DI/DT струја. Исто така, го минимизира бучавата и напонот на уредот за да се обезбеди нормална работа. Второ, минимизирајте го ЕМИ.

Кондензаторите поврзани со помала паразитарна индуктивност покажуваат ниски карактеристики на импеданса на високи фреквенции, со што се намалува спроведеното зрачење. Се препорачуваат керамички кондензатори (X7R или X5R) или други кондензатори со низок тип ESR. Дополнителни влезни кондензатори може да стапат во игра само ако се постават дополнителни кондензатори во близина на краевите GND и VIN. Модулот за напојување на SIMPLE SWITCHER е уникатно дизајниран да има ниско зрачење и спроведена ЕМИ. Сепак, следете ги упатствата за распоред на ПХБ опишани во оваа статија за да постигнете повисоки перформанси.

Планирањето на тековната патека на колото често се занемарува, но игра клучна улога во оптимизирањето на дизајнот на напојување. Покрај тоа, жиците за заземјување до Cin1 и CO1 треба да се скратат и прошират што е можно повеќе, а голите подлоги треба да бидат директно поврзани, што е особено важно за приклучоците за влезниот кондензатор (Cin1) со големи AC струи.

Заземјените иглички (вклучувајќи голи подлошки), влезни и излезни кондензатори, кондензатори со мек старт и отпорници за повратни информации во модулот треба да бидат поврзани со слојот на јамка на ПХБ. Овој слој на јамка може да се користи како вратен пат со екстремно ниска струја на индуктивност и како уред за дисипација на топлина дискутиран подолу.

СЛИКА 3 Шематски дијаграм на модулот и ПХБ како термичка импеданса

Отпорот за повратни информации, исто така, треба да биде поставен што е можно поблиску до иглата FB (повратна информација) на модулот. За да се минимизира потенцијалната вредност на екстракција на бучава на овој јазол со висока импеданса, од клучно значење е да се држи линијата помеѓу FB пинот и средната чешма на отпорот на повратни информации што е можно пократка. Достапните компоненти за компензација или дополнителни кондензатори треба да бидат поставени што е можно поблиску до горниот отпор за повратна врска. На пример, погледнете го дијаграмот за распоред на ПХБ во соодветната табела со податоци за модулот.

За пример на распоред на LMZ14203, погледнете го документот водич за апликација AN-2024 даден на www.naTIonal.com.

Предлози за дизајн на дисипација на топлина

Компактниот распоред на модулите, иако обезбедува електрични придобивки, има негативно влијание врз дизајнот на дисипација на топлина, каде што еквивалентната енергија се троши од помалите простори. За решавање на овој проблем, една голема гола подлога е дизајнирана на задната страна од пакетот Power модули на SIMPLE SWITCHER и е електрично заземјена. Подлогата помага да се обезбеди исклучително ниска топлинска импеданса од внатрешниот MOSFEts, кој обично генерира најголем дел од топлината, до ПХБ.

Термичката импеданса (θJC) од спој на полупроводници до надворешниот пакет на овие уреди е 1.9 ℃/W. Додека постигнувањето на вредноста θJC водечка во индустријата е идеално, ниската вредност на θJC нема смисла кога топлинската импеданса (θCA) на надворешниот пакет во воздухот е премногу голема! Ако во околниот воздух не се обезбеди патека за дисипација на топлина со мала импеданса, топлината ќе се акумулира на голата подлога и не може да се расфрла. Значи, што одредува θCA? Термичката отпорност од гола подлога до воздух е целосно контролирана од дизајнот на ПХБ и придружниот ладилник.

Сега за брз поглед на тоа како да дизајнирате едноставен ПХБ без перки, слика 3 ги илустрира модулот и ПХБ како термичка импеданса. Бидејќи топлинската импеданса помеѓу раскрсницата и горниот дел од надворешниот пакет е релативно висока во споредба со топлинската импеданса од спојот до голата подлога, можеме да ја игнорираме θJA патеката на диспепција на топлина за време на првата проценка на топлинскиот отпор од спојот до околниот воздух (θJT).

Првиот чекор во дизајнот на дисипација на топлина е да се одреди количината на моќност што треба да се расфрла. Моќноста потрошена од модулот (ПД) може лесно да се пресмета со помош на графикот за ефикасност (η) објавен во табелата со податоци.

Потоа ги користиме температурните ограничувања на максималната температура во дизајнот, TAmbient и номиналната температура на раскрсницата, TJuncTIon (125 ° C), за да го одредиме термичкиот отпор потребен за спакуваните модули на ПХБ.

Конечно, ние користевме поедноставено приближување на максималниот конвективен пренос на топлина на површината на ПХБ (со неоштетени бакарни перки од 1 унца и бројни дупки за греење на горниот и долниот кат) за да ја одредиме површината на плочата потребна за дисипација на топлина.

Потребното приближување на површината на ПХБ не ја зема предвид улогата што ја играат дупките за дисипација на топлина кои ја пренесуваат топлината од горниот метален слој (пакетот е поврзан со ПХБ) до долниот метален слој. Долниот слој служи како втор површински слој преку кој конвекцијата може да пренесе топлина од плочата. Треба да се користат најмалку 8 до 10 дупки за ладење за приближувањето на површината на таблата да биде валидно. Термичката отпорност на ладилникот е приближна со следната равенка.

Ова приближување важи за типична пропустлива дупка со дијаметар од 12 мил. Со страничен allид од 0.5 мл бакар. Колку што е можно повеќе дупки за ладилници треба да се дизајнираат во целата област под голата подлога, и овие дупки за топлина треба да формираат низа со растојание од 1 до 1.5 мм.

заклучок

Модулот за напојување на САМО ПРЕКЛУЧУВАЧ обезбедува алтернатива на сложените дизајни за напојување и типични распореди на ПХБ поврзани со DC/DC конвертори. Иако предизвиците за изгледот се елиминирани, сепак треба да се направат некои инженерски работи за да се оптимизираат перформансите на модулот со добар дизајн на бајпас и дисипација на топлина.