Дээр үндэслэсэн ПХБ-ийн Цахилгаан хангамжийн схемийн талаархи энэхүү баримт бичиг нь энгийн унтраалгын цахилгаан модулийн ажиллагааг оновчтой болгохын тулд ПХБ -ийн зохион байгуулалтын хамгийн сайн арга, жишээ, техникийг танилцуулсан болно.

Цахилгаан хангамжийн схемийг төлөвлөхдөө хамгийн түрүүнд хоёр шилжих гүйдлийн гогцооны физик хүрдний талбайг анхаарч үзэх хэрэгтэй. 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-р зурагт үзүүлсэн 1-р давталтад одоогийн өөрөө дамжуулагч оролтын тойрог конденсатор (Cin1) нь өндөр түвшний MOSFET-ийн тасралтгүй дамжуулах хугацаанд MOSFET-ээр дамжуулж дотоод индуктор ба гаралтын тойруу конденсатор (CO1) руу дамждаг. оролтыг тойрч гарах конденсатор.

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

Figure 1 Schematic diagram of loop in power module

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. Дотоод индукторт хадгалагдаж буй энерги нь GND руу буцахаас өмнө гаралтын тойруу конденсатор болон доод төгсгөлийн MOSFEts -ээр дамждаг (Зураг 1 -ийг үзнэ үү). The region where two loops do not overlap each other (including the boundary between loops) is the region with high DI/DT current. Оролтын тойруу конденсатор (Cin1) нь өндөр давтамжийн гүйдлийг хөрвүүлэгчид нийлүүлэх, өндөр давтамжийн гүйдлийг эх үүсвэр рүү нь буцаахад гол үүрэг гүйцэтгэдэг.

Гаралтын тойруу конденсатор (Co1) нь их хэмжээний гүйдэл дамжуулдаггүй боловч дуу чимээг солих өндөр давтамжийн шүүлтүүрийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Дээрх шалтгааны улмаас оролт, гаралтын конденсаторыг модуль дээрх холбогдох VIN ба VOUT зүү рүү аль болох ойр байрлуулах ёстой. 2 -р зурагт үзүүлснээр тойрог замын конденсатор ба тэдгээрийн холбогдох VIN ба VOUT зүү хоорондын утсыг аль болох богино, өргөн болгосноор эдгээр холболтоор үүсгэгддэг индуктив байдлыг багасгаж болно.

Зураг 2 Энгийн унтраалга

ПХБ -ийн байршил дахь индукцийг багасгах нь хоёр үндсэн давуу талтай. Нэгдүгээрт, Cin1 ба CO1 хооронд энергийн дамжуулалтыг дэмжих замаар бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн гүйцэтгэлийг сайжруулах. Энэ нь модулийг өндөр давтамжтай тойрог замд байлгах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр өндөр DI/DT гүйдлийн улмаас индуктив хүчдэлийн оргилуудыг багасгадаг. Энэ нь төхөөрөмжийн хэвийн ажиллагааг хангахын тулд дуу чимээ, хүчдэлийн ачааллыг бууруулдаг. Хоёрдугаарт, EMI -ийг багасгах.

Паразит ороомог багатай холбогдсон конденсаторууд нь өндөр давтамжтай эсэргүүцэл багатай шинж чанартай байдаг тул дамжуулсан цацрагийг бууруулдаг. Ceramic capacitors (X7R or X5R) or other low ESR type capacitors are recommended. Нэмэлт оролтын конденсаторыг зөвхөн нэмэлт конденсаторыг GND ба VIN төгсгөлийн ойролцоо байрлуулсан тохиолдолд ашиглах боломжтой. 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.

Одоогийн хэлхээний замын төлөвлөлтийг үл тоомсорлодог боловч цахилгаан хангамжийн дизайныг оновчтой болгоход гол үүрэг гүйцэтгэдэг. 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.

Газардуулагдсан тээглүүр (нүцгэн дэвсгэрийг оруулаад), оролт, гаралтын конденсатор, зөөлөн эхлэх конденсатор, модулийн эргэлтийн эсэргүүцэл зэргийг ПХБ-ийн давталтын давхаргад холбох ёстой. Энэхүү давталтын давхаргыг маш бага индуктив гүйдэлтэй буцах зам болгон ашиглах ба доор дурдсан дулаан ялгаруулах төхөөрөмж болгон ашиглаж болно.

Зураг. 3 Дулааны эсэргүүцэл болгон модуль ба ПХБ -ийн бүдүүвч диаграм

Санал хүсэлтийн эсэргүүцлийг модулийн FB (эргэх холбоо) зүү рүү аль болох ойр байрлуулах ёстой. 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.

Дулаан алдалтын дизайны талаархи зөвлөмжүүд

Модулийн авсаархан зохион байгуулалт нь цахилгааны ашиг тусыг өгдөг боловч дулааныг ялгаруулах дизайнд сөргөөр нөлөөлдөг бөгөөд үүнтэй ижил хүчийг жижиг орон зайнаас ялгаруулдаг. 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. Энэхүү дэвсгэр нь ихэнх дулааныг ПХБ -д үүсгэдэг дотоод MOSFEts -ээс маш бага дулааны эсэргүүцлийг хангахад тусалдаг.

Хагас дамжуулагчийн уулзвараас эдгээр төхөөрөмжийн гаднах багц хүртэлх дулааны эсэргүүцэл (θJC) нь 1.9 Ом/Вт байна. Салбартаа тэргүүлэгч θJC-ийн үнэ цэнийг олж авах нь хамгийн тохиромжтой боловч гаднах багцын агаар эсэргүүцэх эсэргүүцэл (θCA) хэт их байвал θJC бага байх нь утгагүй болно! If no low-impedance heat dissipation path is provided to the surrounding air, the heat will accumulate on the bare pad and cannot be dissipated. Тэгвэл θCA -ийг юу тодорхойлдог вэ? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Энгийн ПХБ -ийг сэрвээгүй хэрхэн яаж бүтээх талаар хурдан харахын тулд 3 -р зурагт модуль болон ПХБ -ийг дулааны эсэргүүцэл болгон харуулав. Уулзвар ба гаднах багцын дээд хэсгийн дулааны эсэргүүцэл нь уулзвараас нүцгэн дэвсгэр хүртэлх дулааны эсэргүүцэлтэй харьцуулахад харьцангуй өндөр тул бид уулзвараас дулааны эсэргүүцлийн анхны тооцоог хийхдээ θJA дулаан ялгаруулах замыг үл тоомсорлож болно. хүрээлэн буй агаар (TJT).

Дулаан ялгаруулах дизайны эхний алхам бол зарцуулах эрчим хүчний хэмжээг тодорхойлох явдал юм. Модульд (PD) зарцуулсан хүчийг өгөгдлийн хүснэгтэд нийтэлсэн үр ашгийн график (η) ашиглан хялбархан тооцоолж болно.

We then use the temperature constraints of the maximum temperature in the design, TAmbient, and the rated junction temperature, TJuncTIon(125 ° C), to determine the thermal resistance required for the packaged modules on the PCB.

Эцэст нь бид ПХБ-ийн гадаргуу дээрх хамгийн их конвекцийн дулаан дамжуулалтыг хялбаршуулсан ойролцоогоор (1 унцгүй зэс сэрвээ, дээд ба доод давхарт олон тооны дулаан шингээгч нүхтэй) ашиглан дулаан ялгаруулахад шаардлагатай хавтангийн талбайг тодорхойлов.

Шаардлагатай ПХБ -ийн талбайн ойролцоо байдал нь дээд металлын давхаргаас (багцыг ПХБ -тэй холбосон) доод металлын давхарга руу дулаан дамжуулдаг дулаан ялгаруулах нүхний гүйцэтгэсэн үүргийг харгалздаггүй. Доод давхарга нь хоёрдогч гадаргуугийн давхаргын үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд үүгээр дамжуулан конвекц нь хавтангаас дулааныг дамжуулдаг. Самбарын талбайн ойролцоо утгыг хүчин төгөлдөр болгохын тулд дор хаяж 8-10 хөргөх цооног ашиглах ёстой. Дулаан шингээгчийн дулааны эсэргүүцлийг ойролцоогоор дараах томъёогоор тооцоолно.

Энэхүү ойролцоо утга нь 12 миллиметр зэсийн хажуу ханатай 0.5 миллиметр диаметр бүхий ердийн нүхэнд хамаарна. Нүцгэн дэвсгэрийн доорхи бүх хэсэгт аль болох олон тооны дулаан шингээгч нүх хийх ёстой бөгөөд эдгээр дулаан шингээгч нүхнүүд нь 1 -ээс 1.5мм -ийн зайтай массив үүсгэх ёстой.

дүгнэлт

Энгийн SWITCHER цахилгаан модуль нь DC/DC хөрвүүлэгчтэй холбоотой цахилгаан хангамжийн нарийн төвөгтэй загвар, ПХБ -ийн ердийн схемийг орлох боломжийг олгодог. Байршлын бэрхшээлийг арилгасан боловч модулийн гүйцэтгэлийг сайн тойрч гарах, дулаан ялгаруулах дизайнтай болгохын тулд инженерийн зарим ажлыг хийх шаардлагатай хэвээр байна.