Базира на ПЦБ- Распоред напајања, овај рад представља најбољи начин постављања ПЦБ -а, примере и технике за оптимизацију перформанси једноставног прекидачког склопа напајања.

Приликом планирања распореда напајања, прво се разматра област физичке петље две склопне струјне петље. 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. У петљи 1 приказаној на слици 1, тренутни самопроводљиви улазни заобилазни кондензатор (Цин1) пролази кроз МОСФЕТ до унутрашњег индуктора и излазног заобилазног кондензатора (ЦО1) током времена континуираног провођења врхунског МОСФЕТ-а, и на крају се враћа на улазни обилазни кондензатор.

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

Слика 1 Шематски дијаграм петље у модулу напајања

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. Енергија ускладиштена у унутрашњем индуктору тече кроз кондензатор излазног премосника и нискофреквентне МОСФЕ -ове пре него што се врати у ГНД (види слику 1). Подручје у којем се две петље не преклапају (укључујући и границу између петљи) је регион са високом ДИ/ДТ струјом. Улазни заобилазни кондензатор (Цин1) игра кључну улогу у напајању високофреквентне струје претварача и враћању високофреквентне струје на изворну путању.

Излазни заобилазни кондензатор (Цо1) не носи велику измјеничну струју, али дјелује као високофреквентни филтер за пребацивање шума. Из горе наведених разлога, улазни и излазни кондензатори требају бити постављени што је могуће ближе одговарајућим ВИН и ВОУТ пиновима на модулу. Као што је приказано на слици 2, индуктивност коју стварају ове везе може се минимизирати тако да ожичење између премосних кондензатора и њихових одговарајућих ВИН и ВОУТ пинова буде што краће и шире.

Слика 2 Једноставна преклопна петља

Минимизирање индуктивности у распореду ПЦБ -а има двије велике предности. Прво, побољшајте перформансе компоненти промовишући пренос енергије између Цин1 и ЦО1. Ово осигурава да модул има добру хф премосницу, минимизирајући вршне вредности индуктивног напона услед велике ДИ/ДТ струје. Такође смањује буку уређаја и напонски напон како би се обезбедио нормалан рад. Друго, минимизирајте ЕМИ.

Кондензатори повезани са мање паразитске индуктивности показују ниске импедансе на високим фреквенцијама, смањујући на тај начин спроведено зрачење. Препоручују се керамички кондензатори (Кс7Р или Кс5Р) или други кондензатори ниског ЕСР типа. Додатни улазни кондензатори могу се активирати само ако су додатни кондензатори постављени близу крајева ГНД и ВИН. 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.

Планирање путање струјног кола често се занемарује, али игра кључну улогу у оптимизацији дизајна напајања. 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.

Уземљени пинови (укључујући празне јастучиће), улазни и излазни кондензатори, кондензатори за меко покретање и повратни отпорници у модулу морају бити повезани на слој петље на ПЦБ-у. Овај слој петље може се користити као повратни пут са изузетно ниском струјом индуктивности и као уређај за одвођење топлоте који ће бити описан у наставку.

ШИПАК. 3 Шематски дијаграм модула и штампане плоче као топлотна импеданса

Повратни отпорник такође треба поставити што је могуће ближе ФБ (повратном) пину модула. 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.

Предлози дизајна одвођења топлоте

Компактан распоред модула, иако пружа електричне предности, има негативан утицај на дизајн расипања топлоте, где се еквивалентна снага расипа из мањих простора. 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. Јастучић помаже у пружању изузетно ниске топлотне импедансе из унутрашњих МОСФЕ -ова, који обично генеришу већину топлоте, на ПЦБ.

Топлотна импеданса (θЈЦ) од споја полупроводника до спољашњег паковања ових уређаја је 1.9 ℃/В. Иако је постизање водеће вредности θЈЦ у индустрији идеално, ниска вредност θЈЦ нема смисла када је топлотна импеданса (θЦА) спољашњег паковања према ваздуху превелика! Ако се ваздушном окружењу не обезбеди ниско импедантан пут расипања топлоте, топлота ће се акумулирати на голој подлози и неће се моћи расипати. Дакле, шта одређује θЦА? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Сада за брзи поглед на то како дизајнирати једноставно ПЦБ без пераја, слика 3 илуструје модул и ПЦБ као топлотну импеданцију. Пошто је топлотна импеданса између споја и врха спољног пакета релативно висока у поређењу са топлотном импедансом од споја до голе подлоге, можемо занемарити путању расипања топлоте θЈА током прве процене топлотног отпора од споја до споја околни ваздух (θЈТ).

Први корак у дизајну расипања топлоте је одређивање количине енергије која ће се расипати. Снага коју троши модул (ПД) може се лако израчунати помоћу графикона ефикасности (η) објављеног у табели података.

Затим користимо температурна ограничења максималне температуре у пројекту, ТАмбиент и називне температуре споја, ТЈунцТИон (125 ° Ц), да одредимо топлотни отпор потребан за упаковане модуле на ПЦБ -у.

Коначно, користили смо поједностављену апроксимацију максималног конвективног преноса топлоте на површини ПЦБ-а (са неоштећеним бакреним ребрима од 1 унци и бројним отворима за хладњак на горњем и доњем спрату) да бисмо одредили површину плоче потребну за одвођење топлоте.

Апроксимација потребне површине ПЦБ -а не узима у обзир улогу коју имају рупе за расипање топлоте које преносе топлоту са горњег металног слоја (пакет је повезан са ПЦБ -ом) на доњи метални слој. Доњи слој служи као други површински слој кроз који конвекција може преносити топлоту са плоче. Да би апроксимација површине плоче била важећа потребно је користити најмање 8 до 10 рупа за хлађење. Топлотни отпор хладњака се апроксимира следећом једначином.

Ово приближавање се односи на типичну пролазну рупу пречника 12 миља са бакарном бочном стијенком од 0.5 оз. Што је могуће више рупа за хладњак треба да буде пројектовано у целом подручју испод голе подлоге, а ови отвори за хладњак треба да формирају низ са размаком од 1 до 1.5 мм.

закључак

Модул напајања СИМПЛЕ СВИТЦХЕР нуди алтернативу сложеним пројектима напајања и типичним распоредима ПЦБ -а повезаних са ДЦ/ДЦ претварачима. Иако су изазови у погледу распореда елиминисани, потребно је извршити неке инжењерске радове ради оптимизације перформанси модула са добрим дизајном премоснице и расипања топлоте.