वर आधारित पीसीबी वीज पुरवठ्याचे लेआउट, हा पेपर साध्या स्विचर पॉवर मॉड्यूलच्या कामगिरीला अनुकूल करण्यासाठी सर्वोत्तम पीसीबी लेआउट पद्धत, उदाहरणे आणि तंत्रे सादर करतो.

वीज पुरवठा मांडणीचे नियोजन करताना, प्रथम विचार दोन स्विचिंग चालू लूपचे भौतिक वळण क्षेत्र आहे. 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. आकृती 1 मध्ये दाखवलेल्या लूप 1 मध्ये, वर्तमान स्वयं-चालविणारे इनपुट बायपास कॅपेसिटर (Cin1) MOSFET मधून आंतरिक प्रेरक आणि आउटपुट बायपास कॅपेसिटर (CO1) कडे हाय-एंड MOSFET च्या सतत वाहक वेळेत जातो आणि शेवटी परत येतो इनपुट बायपास कॅपेसिटर.

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. अंतर्गत प्रेरक मध्ये साठवलेली ऊर्जा GND वर परत येण्यापूर्वी आउटपुट बायपास कॅपेसिटर आणि लो एंड MOSFEts मधून वाहते (आकृती 1 पहा). The region where two loops do not overlap each other (including the boundary between loops) is the region with high DI/DT current. इनपुट बायपास कॅपेसिटर (Cin1) कनवर्टरला उच्च फ्रिक्वेन्सी करंट पुरवण्यासाठी आणि उच्च फ्रिक्वेन्सी करंटला त्याच्या स्त्रोत मार्गावर परत आणण्यात महत्वाची भूमिका बजावते.

आउटपुट बायपास कॅपेसिटर (सीओ 1) जास्त एसी करंट घेत नाही, परंतु आवाज बदलण्यासाठी उच्च-वारंवारता फिल्टर म्हणून कार्य करते. वरील कारणांसाठी, इनपुट आणि आउटपुट कॅपेसिटर मॉड्यूलवर त्यांच्या संबंधित VIN आणि VOUT पिनच्या शक्य तितक्या जवळ ठेवल्या पाहिजेत. आकृती 2 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, बायपास कॅपेसिटर आणि त्यांच्या संबंधित VIN आणि VOUT पिन यांच्यातील वायरिंग शक्य तितक्या लहान आणि रुंद करून या जोडण्यांद्वारे निर्माण होणारी प्रेरकता कमी केली जाऊ शकते.

आकृती 2 साधे स्विच लूप

पीसीबी लेआउटमध्ये कमीत कमी इंडक्टन्सचे दोन प्रमुख फायदे आहेत. प्रथम, Cin1 आणि CO1 दरम्यान ऊर्जा हस्तांतरणास प्रोत्साहन देऊन घटक कार्यप्रदर्शन सुधारित करा. हे सुनिश्चित करते की मॉड्यूलमध्ये चांगला एचएफ बायपास आहे, उच्च डीआय/डीटी प्रवाहामुळे आगमनात्मक व्होल्टेज शिखर कमी करते. हे सामान्य ऑपरेशन सुनिश्चित करण्यासाठी डिव्हाइस आवाज आणि व्होल्टेज ताण कमी करते. दुसरे, ईएमआय कमी करा.

कमी परजीवी इंडक्टन्ससह जोडलेले कॅपेसिटर उच्च फ्रिक्वेन्सीजमध्ये कमी प्रतिबाधा वैशिष्ट्ये प्रदर्शित करतात, त्यामुळे आयोजित किरणे कमी होते. Ceramic capacitors (X7R or X5R) or other low ESR type capacitors are recommended. अतिरिक्त इनपुट कॅपेसिटर केवळ तेव्हाच लागू होऊ शकतात जेव्हा अतिरिक्त कॅपेसिटर जीएनडी आणि व्हीआयएनच्या जवळ ठेवल्या जातात. 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.

सर्किट करंट पाथ प्लॅनिंगकडे अनेकदा दुर्लक्ष केले जाते, परंतु ते वीज पुरवठा डिझाइन ऑप्टिमाइझ करण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावते. 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.

ग्राउंड केलेले पिन (बेअर पॅडसह), इनपुट आणि आउटपुट कॅपेसिटर, सॉफ्ट-स्टार्ट कॅपेसिटर आणि मॉड्यूलमधील फीडबॅक रेझिस्टर हे सर्व पीसीबीवरील लूप लेयरशी जोडलेले असावेत. हा लूप लेयर अत्यंत कमी इंडक्टन्स करंटसह परतीचा मार्ग म्हणून वापरला जाऊ शकतो आणि खाली चर्चा केलेले उष्णता नष्ट करणारे उपकरण म्हणून वापरला जाऊ शकतो.

अंजीर. 3 थर्मल प्रतिबाधा म्हणून मॉड्यूल आणि पीसीबीचे योजनाबद्ध आकृती

फीडबॅक रेझिस्टर मॉड्यूलच्या एफबी (फीडबॅक) पिनच्या शक्य तितक्या जवळ ठेवावा. 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.

हीट डिसिप्शन डिझाईन सूचना

मॉड्यूलचे कॉम्पॅक्ट लेआउट, विद्युत फायदे प्रदान करताना, उष्णता अपव्यय रचनेवर नकारात्मक परिणाम होतो, जेथे लहान अंतराळांपासून समतुल्य शक्ती नष्ट होते. 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. पॅड अंतर्गत MOSFEts पासून अत्यंत कमी थर्मल प्रतिबाधा प्रदान करण्यास मदत करते, जे सहसा पीसीबीला बहुतेक उष्णता निर्माण करते.

या उपकरणांच्या सेमीकंडक्टर जंक्शनपासून बाह्य पॅकेजपर्यंत थर्मल इम्पेडन्स (θJC) 1.9 ℃/W आहे. उद्योग-अग्रगण्य θJC मूल्य साध्य करणे आदर्श असताना, बाहेरील पॅकेजचे थर्मल प्रतिबाधा (θCA) खूप मोठे असताना कमी θJC मूल्य काही अर्थ नाही! 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. So what determines θCA? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

आता पंखांशिवाय साध्या पीसीबीची रचना कशी करावी याकडे द्रुतपणे पाहण्यासाठी, आकृती 3 मॉड्यूल आणि पीसीबीला थर्मल प्रतिबाधा म्हणून दर्शवते. जंक्शनपासून ते बेअर पॅडपर्यंतच्या थर्मल प्रतिबाधाच्या तुलनेत जंक्शन आणि बाहेरील पॅकेजच्या वरच्या भागातील थर्मल प्रतिबाधा तुलनेने जास्त असल्याने, जंक्शनपासून थर्मल रेझिस्टन्सच्या पहिल्या अंदाजादरम्यान आम्ही θJA उष्णता नष्ट होण्याच्या मार्गाकडे दुर्लक्ष करू शकतो आसपासची हवा (θJT).

उष्णता अपव्यय रचनेची पहिली पायरी म्हणजे उधळल्या जाणाऱ्या शक्तीचे प्रमाण निश्चित करणे. मॉड्यूल (पीडी) द्वारे वापरलेली वीज डेटा टेबलमध्ये प्रकाशित कार्यक्षमता आलेख (η) वापरून सहज मोजली जाऊ शकते.

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.

शेवटी, आम्ही पीसीबी पृष्ठभागावर जास्तीत जास्त संवहनी उष्णता हस्तांतरणाचा एक सरलीकृत अंदाजे वापर केला (उष्णतेच्या विघटनासाठी आवश्यक प्लेट क्षेत्र निश्चित करण्यासाठी 1-औंस तांबे पंख आणि वरच्या आणि खालच्या दोन्ही मजल्यांवर असंख्य उष्णता सिंक छिद्रांसह).

आवश्यक पीसीबी क्षेत्र अंदाजे उष्णता अपव्यय छिद्रांद्वारे घेतलेली भूमिका विचारात घेत नाही जे वरच्या धातूच्या थरातून (पॅकेज पीसीबीशी जोडलेले आहे) खालच्या धातूच्या थरात उष्णता हस्तांतरित करते. खालचा थर दुसऱ्या पृष्ठभागाचा थर म्हणून काम करतो ज्याद्वारे संवहन प्लेटमधून उष्णता हस्तांतरित करू शकते. बोर्ड क्षेत्र अंदाजे वैध होण्यासाठी किमान 8 ते 10 कूलिंग होल वापरल्या पाहिजेत. हीट सिंकचे थर्मल प्रतिकार खालील समीकरणाद्वारे अंदाजे केले जाते.

हा अंदाज 12 मिली औस तांबे साईडवॉलसह 0.5 मिलि व्यासाच्या ठराविक थ्रू-होलवर लागू होतो. बेअर पॅडच्या खाली असलेल्या संपूर्ण भागात शक्य तितक्या उष्णता सिंक होल तयार केल्या पाहिजेत आणि या उष्मा सिंक होलमध्ये 1 ते 1.5 मिमी अंतरासह एक अॅरे तयार केली पाहिजे.

निष्कर्ष

साधे स्विच पॉवर मॉड्यूल डीसी/डीसी कन्व्हर्टर्सशी संबंधित जटिल वीज पुरवठा डिझाईन्स आणि ठराविक पीसीबी लेआउटसाठी पर्याय प्रदान करते. लेआउटची आव्हाने दूर केली गेली असली तरी, चांगल्या बायपास आणि उष्णता नष्ट होण्याच्या डिझाइनसह मॉड्यूलचे कार्यप्रदर्शन ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी काही अभियांत्रिकी कार्य करणे आवश्यक आहे.