അതിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി പിസിബി വൈദ്യുതി വിതരണത്തിന്റെ ലേoutട്ട്, ഈ പേപ്പർ ലളിതമായ പിസിബി ലേoutട്ട് രീതി, ഉദാഹരണങ്ങൾ, ലളിതമായ സ്വിച്ചർ പവർ മൊഡ്യൂളിന്റെ പ്രകടനം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിനുള്ള സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ എന്നിവ അവതരിപ്പിക്കുന്നു.

പവർ സപ്ലൈ ലേoutട്ട് ആസൂത്രണം ചെയ്യുമ്പോൾ, ആദ്യം പരിഗണിക്കുന്നത് രണ്ട് സ്വിച്ചിംഗ് കറന്റ് ലൂപ്പുകളുടെ ഫിസിക്കൽ ലൂപ്പ് ഏരിയയാണ്. ഈ ലൂപ്പ് മേഖലകൾ പവർ മൊഡ്യൂളിൽ വലിയ തോതിൽ അദൃശ്യമാണെങ്കിലും, രണ്ട് ലൂപ്പുകളുടെയും നിലവിലെ നിലവിലെ പാതകൾ മനസ്സിലാക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്, കാരണം അവ മൊഡ്യൂളിനപ്പുറം വ്യാപിക്കുന്നു. ചിത്രം 1-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന ലൂപ്പ് 1-ൽ, നിലവിലെ സ്വയം-നടത്തുന്ന ഇൻപുട്ട് ബൈപാസ് കപ്പാസിറ്റർ (Cin1) MOSFET വഴി ആന്തരിക ഇൻഡക്റ്ററിലേക്കും outputട്ട്പുട്ട് ബൈപാസ് കപ്പാസിറ്ററിലേക്കും (CO1) ഹൈ-എൻഡ് MOSFET- ന്റെ തുടർച്ചയായ ചാലകസമയത്ത് കടന്നുപോകുന്നു. ഇൻപുട്ട് ബൈപാസ് കപ്പാസിറ്റർ.

പവർ മൊഡ്യൂളിലെ www.elecfans.com ലെ ലൂപ്പിന്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം

ചിത്രം 1 പവർ മൊഡ്യൂളിലെ ലൂപ്പിന്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം

ആന്തരിക ഹൈ-എൻഡ് മോസ്ഫെറ്റുകളുടെ ടേൺ-ഓഫ് സമയത്തിലും ലോ-എൻഡ് മോസ്ഫെറ്റുകളുടെ ടേൺ-ഓൺ സമയത്തും ലൂപ്പ് 2 രൂപപ്പെടുന്നു. ആന്തരിക ഇൻഡക്റ്ററിൽ സംഭരിച്ചിരിക്കുന്ന energyർജ്ജം NDട്ട്പുട്ട് ബൈപാസ് കപ്പാസിറ്ററിലൂടെയും ലോ എൻഡ് മോസ്ഫെറ്റുകളിലൂടെയും GND- യിലേക്ക് മടങ്ങുന്നതിന് മുമ്പ് ഒഴുകുന്നു (ചിത്രം 1 കാണുക). രണ്ട് ലൂപ്പുകൾ പരസ്പരം ഓവർലാപ്പ് ചെയ്യാത്ത പ്രദേശം (ലൂപ്പുകൾ തമ്മിലുള്ള അതിർത്തി ഉൾപ്പെടെ) ഉയർന്ന DI/DT കറന്റ് ഉള്ള മേഖലയാണ്. ഇൻപുട്ട് ബൈപാസ് കപ്പാസിറ്റർ (Cin1) കൺവെർട്ടറിലേക്ക് ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി കറന്റ് നൽകുന്നതിലും ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി കറന്റ് അതിന്റെ ഉറവിട പാതയിലേക്ക് തിരികെ നൽകുന്നതിലും ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു.

Outputട്ട്പുട്ട് ബൈപാസ് കപ്പാസിറ്റർ (Co1) കൂടുതൽ AC കറന്റ് വഹിക്കുന്നില്ല, പക്ഷേ ശബ്ദം മാറുന്നതിനുള്ള ഉയർന്ന ആവൃത്തിയിലുള്ള ഫിൽട്ടറായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. മേൽപ്പറഞ്ഞ കാരണങ്ങളാൽ, ഇൻപുട്ട്, outputട്ട്പുട്ട് കപ്പാസിറ്ററുകൾ മൊഡ്യൂളിലെ അതാത് VIN, VOUT പിന്നുകൾക്ക് കഴിയുന്നത്ര അടുത്ത് വയ്ക്കണം. ചിത്രം 2 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ബൈപാസ് കപ്പാസിറ്ററുകൾക്കും അവയുടെ VIN, VOUT പിന്നുകൾക്കുമിടയിലുള്ള വയറിംഗ് കഴിയുന്നത്ര ചെറുതും വീതിയുമുള്ളതാക്കുന്നതിലൂടെ ഈ കണക്ഷനുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്ന ഇൻഡക്റ്റൻസ് കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും.

ചിത്രം 2 ലളിതമായ സ്വിച്ചർ ലൂപ്പ്

ഒരു പിസിബി ലേoutട്ടിൽ ഇൻഡക്റ്റൻസ് കുറയ്ക്കുന്നത് രണ്ട് പ്രധാന നേട്ടങ്ങളുണ്ട്. ആദ്യം, Cin1 നും CO1 നും ഇടയിലുള്ള energyർജ്ജ കൈമാറ്റം പ്രോത്സാഹിപ്പിച്ചുകൊണ്ട് ഘടക പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുക. ഉയർന്ന DI/DT കറന്റ് കാരണം ഇൻഡക്റ്റീവ് വോൾട്ടേജ് കൊടുമുടികൾ കുറയ്ക്കുന്നതിലൂടെ, മൊഡ്യൂളിന് ഒരു നല്ല hf ബൈപാസ് ഉണ്ടെന്ന് ഇത് ഉറപ്പാക്കുന്നു. സാധാരണ പ്രവർത്തനം ഉറപ്പാക്കുന്നതിന് ഇത് ഉപകരണ ശബ്ദവും വോൾട്ടേജ് സമ്മർദ്ദവും കുറയ്ക്കുന്നു. രണ്ടാമതായി, EMI ചെറുതാക്കുക.

പരാന്നഭോജിയായ ഇൻഡക്റ്റൻസുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിട്ടുള്ള കപ്പാസിറ്ററുകൾ ഉയർന്ന ആവൃത്തിയിലുള്ള താഴ്ന്ന ഇംപെഡൻസ് സ്വഭാവവിശേഷങ്ങൾ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു, അങ്ങനെ നടത്തപ്പെടുന്ന വികിരണം കുറയ്ക്കുന്നു. സെറാമിക് കപ്പാസിറ്ററുകൾ (X7R അല്ലെങ്കിൽ X5R) അല്ലെങ്കിൽ മറ്റ് കുറഞ്ഞ ESR തരം കപ്പാസിറ്ററുകൾ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നു. അധിക കപ്പാസിറ്ററുകൾ GND- നും VIN അവസാനിക്കുന്നതിനും സമീപം സ്ഥാപിച്ചാൽ മാത്രമേ അധിക ഇൻപുട്ട് കപ്പാസിറ്ററുകൾ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയൂ. SIMPLE SWITCHER- ന്റെ പവർ മൊഡ്യൂൾ കുറഞ്ഞ റേഡിയേഷനും ഇ.എം.ഐ. എന്നിരുന്നാലും, ഈ ലേഖനത്തിൽ വിവരിച്ച PCB ലേ layട്ട് മാർഗ്ഗനിർദ്ദേശങ്ങൾ പിന്തുടരുക, ഉയർന്ന പ്രകടനം കൈവരിക്കുക.

സർക്യൂട്ട് നിലവിലെ പാത ആസൂത്രണം പലപ്പോഴും അവഗണിക്കപ്പെടുന്നു, പക്ഷേ വൈദ്യുതി വിതരണ രൂപകൽപ്പന ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിൽ ഇത് ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. കൂടാതെ, Cin1, CO1 എന്നിവയിലേക്കുള്ള ഗ്രൗണ്ട് വയറുകൾ കഴിയുന്നത്ര ചെറുതാക്കുകയും വീതി കൂട്ടുകയും വേണം, കൂടാതെ ബെയർ പാഡുകൾ നേരിട്ട് കണക്ട് ചെയ്യണം, ഇത് വലിയ AC കറന്റുകളുള്ള ഇൻപുട്ട് കപ്പാസിറ്റർ (Cin1) ഗ്രൗണ്ട് കണക്ഷനുകൾക്ക് പ്രത്യേകിച്ചും പ്രധാനമാണ്.

ഗ്രൗണ്ട്ഡ് പിൻസ് (ബെയർ പാഡുകൾ ഉൾപ്പെടെ), ഇൻപുട്ട്, outputട്ട്പുട്ട് കപ്പാസിറ്ററുകൾ, സോഫ്റ്റ്-സ്റ്റാർട്ട് കപ്പാസിറ്ററുകൾ, മൊഡ്യൂളിലെ ഫീഡ്ബാക്ക് റെസിസ്റ്ററുകൾ എന്നിവയെല്ലാം പിസിബിയിലെ ലൂപ്പ് ലെയറിലേക്ക് ബന്ധിപ്പിക്കണം. ഈ ലൂപ്പ് ലെയർ വളരെ കുറഞ്ഞ ഇൻഡക്‌ടൻസ് കറന്റുള്ള ഒരു റിട്ടേൺ പാഥായും താഴെ ചർച്ച ചെയ്യപ്പെടുന്ന ഒരു താപ വിസർജ്ജന ഉപകരണമായും ഉപയോഗിക്കാം.

അത്തിപ്പഴം. 3 മൊഡ്യൂളിന്റെയും പിസിബിയുടെയും സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം താപ പ്രതിരോധം

മൊഡ്യൂളിന്റെ FB (ഫീഡ്ബാക്ക്) പിൻ ഉപയോഗിച്ച് ഫീഡ്ബാക്ക് റെസിസ്റ്റർ കഴിയുന്നത്ര അടുത്ത് വയ്ക്കണം. ഈ ഉയർന്ന ഇം‌പെഡൻസ് നോഡിൽ സാധ്യതയുള്ള ശബ്‌ദ എക്‌സ്‌ട്രാക്ഷൻ മൂല്യം കുറയ്ക്കുന്നതിന്, എഫ്ബി പിൻ, ഫീഡ്‌ബാക്ക് റെസിസ്റ്ററിന്റെ മധ്യ ടാപ്പ് എന്നിവ തമ്മിലുള്ള ലൈൻ കഴിയുന്നത്ര ചെറുതാക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്. ലഭ്യമായ നഷ്ടപരിഹാര ഘടകങ്ങളോ ഫീഡ് ഫോർവേഡ് കപ്പാസിറ്ററുകളോ കഴിയുന്നത്ര മുകളിലെ ഫീഡ്‌ബാക്ക് റെസിസ്റ്ററിന് സമീപം സ്ഥാപിക്കണം. ഒരു ഉദാഹരണത്തിന്, പ്രസക്തമായ മൊഡ്യൂൾ ഡാറ്റ പട്ടികയിൽ PCB ലേoutട്ട് ഡയഗ്രം കാണുക.

LMZ14203 ന്റെ ഒരു ഉദാഹരണ ലേ layട്ടിനായി, www.naTIonal.com ൽ നൽകിയിരിക്കുന്ന ആപ്ലിക്കേഷൻ ഗൈഡ് ഡോക്യുമെന്റ് AN-2024 കാണുക.

ഹീറ്റ് ഡിസിപ്പേഷൻ ഡിസൈൻ നിർദ്ദേശങ്ങൾ

മൊഡ്യൂളുകളുടെ കോംപാക്റ്റ് ലേoutട്ട്, ഇലക്ട്രിക്കൽ ആനുകൂല്യങ്ങൾ നൽകുമ്പോൾ, താപ വിസർജ്ജന രൂപകൽപ്പനയിൽ പ്രതികൂല സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു, അവിടെ ചെറിയ ഇടങ്ങളിൽ നിന്ന് തുല്യമായ വൈദ്യുതി വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നതിന്, സിമ്പിൾ സ്വിച്ചറിന്റെ പവർ മൊഡ്യൂൾ പാക്കേജിന്റെ പിൻഭാഗത്ത് ഒരു വലിയ നഗ്ന പാഡ് രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു, അത് വൈദ്യുത നിലയിലാണ്. ആന്തരിക MOSFEts- ൽ നിന്ന് വളരെ കുറഞ്ഞ താപ പ്രതിരോധം നൽകുന്നതിന് പാഡ് സഹായിക്കുന്നു, ഇത് സാധാരണയായി താപത്തിന്റെ ഭൂരിഭാഗവും PCB- യിലേക്ക് സൃഷ്ടിക്കുന്നു.

അർദ്ധചാലക ജംഗ്ഷൻ മുതൽ ഈ ഉപകരണങ്ങളുടെ പുറം പാക്കേജ് വരെയുള്ള താപ പ്രതിരോധം (θJC) 1.9 ℃/W ആണ്. ഒരു വ്യവസായ-മുൻനിര θJC മൂല്യം കൈവരിക്കുന്നത് അനുയോജ്യമാണെങ്കിലും, ബാഹ്യ പാക്കേജിന്റെ വായുവിലേക്കുള്ള താപ പ്രതിരോധം (θCA) വളരെ വലുതായിരിക്കുമ്പോൾ കുറഞ്ഞ θJC മൂല്യത്തിന് അർത്ഥമില്ല! ചുറ്റുമുള്ള വായുവിലേക്ക് കുറഞ്ഞ ഇംപീഡൻസ് താപ വിസർജ്ജന പാത നൽകിയിട്ടില്ലെങ്കിൽ, ചൂട് നഗ്നമായ പാഡിൽ അടിഞ്ഞു കൂടുകയും അത് പിരിച്ചുവിടാൻ കഴിയില്ല. എന്താണ് θCA നിശ്ചയിക്കുന്നത്? ബിയർ പാഡിൽ നിന്ന് വായുവിലേക്കുള്ള താപ പ്രതിരോധം പൂർണ്ണമായും നിയന്ത്രിക്കുന്നത് പിസിബി ഡിസൈനും അനുബന്ധ ഹീറ്റ് സിങ്കും ആണ്.

ഇപ്പോൾ ചിറകുകളില്ലാത്ത ലളിതമായ പിസിബി എങ്ങനെ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാമെന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള ഒരു ദ്രുത കാഴ്ചയ്ക്കായി, ചിത്രം 3 മൊഡ്യൂളിനെയും പിസിബിയെയും താപ പ്രതിരോധമായി ചിത്രീകരിക്കുന്നു. ജംഗ്ഷനിൽ നിന്നും ബെയർ പാഡിലേക്കുള്ള താപ ഇംപെഡൻസുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ജംഗ്ഷനും പുറത്തെ പാക്കേജിന്റെ മുകൾ ഭാഗവും തമ്മിലുള്ള താപ പ്രതിരോധം താരതമ്യേന കൂടുതലായതിനാൽ, ജംഗ്ഷൻ മുതൽ താപ പ്രതിരോധത്തിന്റെ ആദ്യ എസ്റ്റിമേറ്റിൽ നമുക്ക് θJA താപ വിസർജ്ജന പാത അവഗണിക്കാം. ചുറ്റുമുള്ള വായു (θJT).

താപ വിസർജ്ജന രൂപകൽപ്പനയിലെ ആദ്യപടി വൈദ്യുതിയുടെ അളവ് നിർണ്ണയിക്കുക എന്നതാണ്. മൊഡ്യൂൾ (PD) ഉപയോഗിക്കുന്ന വൈദ്യുതി ഡാറ്റ പട്ടികയിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച കാര്യക്ഷമത ഗ്രാഫ് (η) ഉപയോഗിച്ച് എളുപ്പത്തിൽ കണക്കുകൂട്ടാൻ കഴിയും.

പിസിബിയിലെ പാക്കേജുചെയ്‌ത മൊഡ്യൂളുകൾക്ക് ആവശ്യമായ താപ പ്രതിരോധം നിർണ്ണയിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ഡിസൈനിലെ പരമാവധി താപനിലയുടെ താപനില നിയന്ത്രണങ്ങൾ, ടാംബിയന്റ്, റേറ്റുചെയ്ത ജംഗ്ഷൻ താപനില, TJuncTIon (125 ° C) എന്നിവ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

അവസാനമായി, താപ വിസർജ്ജനത്തിന് ആവശ്യമായ പ്ലേറ്റ് ഏരിയ നിർണ്ണയിക്കാൻ ഞങ്ങൾ പിസിബി ഉപരിതലത്തിൽ പരമാവധി സംവഹന താപ കൈമാറ്റത്തിന്റെ ലളിതവൽക്കരിച്ച ഏകദേശ കണക്ക് (കേടുപാടുകൾ കൂടാതെ 1-ceൺസ് കോപ്പർ ഫിൻസും മുകളിലും താഴെയുമുള്ള നിരവധി ഹീറ്റ് സിങ്ക് ദ്വാരങ്ങളും) ഉപയോഗിച്ചു.

ആവശ്യമായ പിസിബി ഏരിയ ഏകദേശ കണക്ക് മുകളിലെ ലോഹ പാളിയിൽ നിന്ന് (പാക്കേജ് പിസിബിയുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു) താഴത്തെ ലോഹ പാളിയിലേക്ക് ചൂട് കൈമാറുന്ന താപ വിസർജ്ജന ദ്വാരങ്ങൾ വഹിക്കുന്ന പങ്ക് കണക്കിലെടുക്കുന്നില്ല. താഴത്തെ പാളി രണ്ടാമത്തെ ഉപരിതല പാളിയായി വർത്തിക്കുന്നു, അതിലൂടെ സംവഹനത്തിന് പ്ലേറ്റിൽ നിന്ന് ചൂട് കൈമാറാൻ കഴിയും. ബോർഡ് ഏരിയ ഏകദേശത്തിന് സാധുത ലഭിക്കാൻ കുറഞ്ഞത് 8 മുതൽ 10 വരെ കൂളിംഗ് ഹോളുകൾ ഉപയോഗിക്കണം. ഹീറ്റ് സിങ്കിന്റെ താപ പ്രതിരോധം ഇനിപ്പറയുന്ന സമവാക്യത്തിലൂടെ കണക്കാക്കുന്നു.

ഈ ഏകദേശ കണക്ക് 12 zൺസ് ചെമ്പ് സൈഡ്‌വാളിനൊപ്പം 0.5 മില്ലീമീറ്റർ വ്യാസമുള്ള ഒരു സാധാരണ ത്രൂ-ഹോളിന് ബാധകമാണ്. ബെയർ പാഡിന് താഴെയുള്ള മുഴുവൻ ഭാഗത്തും കഴിയുന്നത്ര ഹീറ്റ് സിങ്ക് ദ്വാരങ്ങൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യണം, കൂടാതെ ഈ ഹീറ്റ് സിങ്ക് ദ്വാരങ്ങൾ 1 മുതൽ 1.5 മില്ലീമീറ്റർ വരെ അകലത്തിൽ ഒരു ശ്രേണി രൂപപ്പെടുത്തണം.

ഉപസംഹാരം

ലളിതമായ സ്വിച്ച്ചർ പവർ മൊഡ്യൂൾ സങ്കീർണ്ണമായ വൈദ്യുതി വിതരണ ഡിസൈനുകൾക്കും ഡിസി/ഡിസി കൺവെർട്ടറുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട സാധാരണ പിസിബി ലേoutsട്ടുകൾക്കും ഒരു ബദൽ നൽകുന്നു. ലേoutട്ട് വെല്ലുവിളികൾ ഒഴിവാക്കിയിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, നല്ല ബൈപാസ്, ഹീറ്റ് ഡിസിപ്പേഷൻ ഡിസൈൻ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് മൊഡ്യൂൾ പ്രകടനം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിന് ചില എഞ്ചിനീയറിംഗ് ജോലികൾ ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്.