Bazuar në PCB paraqitja e furnizimit me energji elektrike, ky punim prezanton metodën, shembujt dhe teknikat më të mira të paraqitjes së PCB -së për të optimizuar performancën e modulit të thjeshtë të energjisë ndërrues.

Kur planifikoni paraqitjen e furnizimit me energji elektrike, konsiderata e parë është zona e lakut fizik të dy sytheve të rrymës komutuese. 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. Në lakun 1 të treguar në Figurën 1, kondensatori aktual i vetë-përcjelljes së anashkalimit (Cin1) kalon përmes MOSFET në kondensatorin e anashkalimit të induktorit të brendshëm dhe daljes (CO1) gjatë kohës së përcjelljes së vazhdueshme të MOSFET-it të nivelit të lartë, dhe më në fund kthehet në kondensatori i anashkalimit të hyrjes.

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

Figura 1 Diagrami skematik i lakut në modulin e fuqisë

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. Energjia e ruajtur në induktorin e brendshëm rrjedh nëpër kondensatorin e anashkalimit të daljes dhe MOSFEts të ulët para se të kthehet në GND (shiko Figurën 1). Rajoni ku dy sythe nuk mbivendosen njëra me tjetrën (përfshirë kufirin midis sytheve) është rajoni me rrymë të lartë DI/DT. Kondensatori i anashkalimit të hyrjes (Cin1) luan një rol kyç në furnizimin e rrymës me frekuencë të lartë në konvertues dhe kthimin e rrymës së frekuencës së lartë në rrugën e tij burimore.

Kondensatori i anashkalimit të daljes (Co1) nuk mbart shumë rrymë AC, por vepron si një filtër me frekuencë të lartë për ndërrimin e zhurmës. Për arsyet e mësipërme, kondensatorët hyrës dhe dalës duhet të vendosen sa më afër që të jetë e mundur me kunjat e tyre përkatëse VIN dhe VOUT në modul. Siç tregohet në Figurën 2, induktiviteti i krijuar nga këto lidhje mund të minimizohet duke bërë lidhjen midis kondensatorëve të anashkalimit dhe kunjat e tyre VIN dhe VOUT përkatëse sa më të shkurtër dhe të gjerë.

Figura 2 Lak i SIMPLE SWITCHER

Minimizimi i induktivitetit në paraqitjen e PCB ka dy përfitime kryesore. Së pari, përmirësoni performancën e komponentit duke promovuar transferimin e energjisë midis Cin1 dhe CO1. Kjo siguron që moduli të ketë një anashkalim të mirë hf, duke minimizuar majat e tensionit induktiv për shkak të rrymës së lartë DI/DT. Gjithashtu minimizon zhurmën e pajisjes dhe tensionin e tensionit për të siguruar funksionimin normal. Së dyti, minimizoni EMI.

Kondensatorët e lidhur me induktancën më pak parazitare shfaqin karakteristika të ulëta të rezistencës ndaj frekuencave të larta, duke zvogëluar kështu rrezatimin e kryer. Rekomandohen kondensatorë qeramikë (X7R ose X5R) ose kondensatorë të tjerë të ulët të tipit ESR. Kondensatorët shtesë të hyrjes mund të hyjnë në lojë vetëm nëse kondensatorë shtesë vendosen pranë skajeve GND dhe VIN. 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.

Planifikimi i rrugës aktuale të qarkut shpesh neglizhohet, por ai luan një rol kyç në optimizimin e dizajnit të furnizimit me energji. 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.

Kunjat e tokëzuara (përfshirë jastëkët e zhveshur), kondensatorët hyrës dhe dalës, kondensatorët e fillimit të butë dhe rezistorët e reagimit në modul duhet të lidhen të gjithë me shtresën e lakut në PCB. Kjo shtresë lak mund të përdoret si një rrugë kthimi me rrymë induktance jashtëzakonisht të ulët dhe si një pajisje për shpërndarjen e nxehtësisë të diskutuar më poshtë.

FIK. 3 Diagrami skematik i modulit dhe PCB si rezistencë termike

Rezistori i reagimit gjithashtu duhet të vendoset sa më afër që të jetë e mundur me kunjin FB (feedback) të modulit. 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.

Sugjerimet e Dizajnimit të Shpërndarjes së Nxehtësisë

Paraqitja kompakte e moduleve, ndërsa siguron përfitime elektrike, ka një ndikim negativ në modelin e shpërndarjes së nxehtësisë, ku fuqia ekuivalente shpërndahet nga Hapësirat më të vogla. 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. Mbështjellësi ndihmon në sigurimin e rezistencës jashtëzakonisht të ulët termike nga MOSFEts e brendshme, të cilat zakonisht prodhojnë shumicën e nxehtësisë, në PCB.

Impedanca termike (θJC) nga kryqëzimi gjysmëpërçues në paketën e jashtme të këtyre pajisjeve është 1.9 ℃/W. Ndërsa arritja e një vlere θJC udhëheqëse në industri është ideale, një vlerë e ulët θJC nuk ka kuptim kur rezistenca termike (θCA) e paketës së jashtme në ajër është shumë e madhe! Nëse ajrit përreth nuk i jepet rrugë e shpërndarjes së nxehtësisë me rezistencë të ulët, nxehtësia do të grumbullohet në bllokun e zhveshur dhe nuk mund të shpërndahet. Pra, çfarë përcakton θCA? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Tani për një vështrim të shpejtë se si të hartoni një PCB të thjeshtë pa finjë, figura 3 ilustron modulin dhe PCB si rezistencë termike. Për shkak se rezistenca termike midis kryqëzimit dhe pjesës së sipërme të paketës së jashtme është relativisht e lartë në krahasim me rezistencën termike nga kryqëzimi në jastëkun e zhveshur, ne mund të injorojmë shtegun e shpërndarjes θJA të nxehtësisë gjatë vlerësimit të parë të rezistencës termike nga kryqëzimi në ajri përreth (θJT).

Hapi i parë në hartimin e shpërndarjes së nxehtësisë është përcaktimi i sasisë së energjisë që do të shpërndahet. Fuqia e konsumuar nga moduli (PD) mund të llogaritet lehtësisht duke përdorur grafikun e efikasitetit (η) të publikuar në tabelën e të dhënave.

Ne pastaj përdorim kufizimet e temperaturës së temperaturës maksimale në dizajn, TAmbient dhe temperaturën e vlerësuar të kryqëzimit, TJuncTIon (125 ° C), për të përcaktuar rezistencën termike të kërkuar për modulet e paketuara në PCB.

Së fundi, ne përdorëm një përafrim të thjeshtuar të transferimit maksimal të nxehtësisë konvektive në sipërfaqen e PCB (me fine bakri të padëmtuar 1 ons dhe vrima të shumta të lavamanit në katet e sipërme dhe të poshtme) për të përcaktuar zonën e pllakës së kërkuar për shpërndarjen e nxehtësisë.

Përafrimi i kërkuar i zonës PCB nuk merr parasysh rolin e luajtur nga vrimat e shpërndarjes së nxehtësisë që transferojnë nxehtësinë nga shtresa metalike e sipërme (paketa është e lidhur me PCB) në shtresën e poshtme metalike. Shtresa e poshtme shërben si një shtresë e dytë sipërfaqësore përmes së cilës konvekcioni mund të transferojë nxehtësinë nga pllaka. Të paktën 8 deri në 10 vrima ftohëse duhet të përdoren që përafrimi i sipërfaqes së bordit të jetë i vlefshëm. Rezistenca termike e lavamanit afrohet me ekuacionin e mëposhtëm.

Ky përafrim vlen për një vrimë tipike me diametër 12 mils me mur anësor bakri 0.5 oz. Sa më shumë vrima të lavamanit të jetë e mundur, duhet të projektohen në të gjithë zonën nën jastëkun e zhveshur, dhe këto vrima të lavamanit të nxehtësisë duhet të formojnë një grup me një hapësirë ​​prej 1 deri në 1.5 mm.

përfundim

Moduli i rrymës SIMPLE SWITCHER siguron një alternativë për modelet komplekse të furnizimit me energji dhe paraqitjet tipike të PCB të lidhura me konvertuesit DC/DC. Ndërsa sfidat e paraqitjes janë eliminuar, disa punë inxhinierike ende duhet të bëhen për të optimizuar performancën e modulit me dizajn të mirë të anashkalimit dhe shpërndarjes së nxehtësisë.