Dumasar kana PCB perenah catu daya, makalah ieu ngenalkeun metodeu perenah PCB pangsaéna, conto sareng téhnik pikeun ngaoptimalkeun kinerja modul kakuatan saklar saderhana.

Nalika ngarencanakeun tata perenah suplai listrik, tinimbangan anu mimiti nyaéta area loop fisik tina dua puteran ayeuna anu ngaganti. 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. Dina loop 1 ditingalikeun dina Gambar 1, kapasitor bypass input mandiri anu ngalaksanakeun diri (Cin1) nembus MOSFET kana induktor internal sareng output bypass capacitor (CO1) salami waktos konduksi kontinyu tina MOSFET high-end, sareng tungtungna balik deui ka kapasitor bypass input.

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

Gambar 1 Diagram skéma loop dina modul kakuatan

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. Énergi anu disimpen dina induktor internal ngalir ngalangkungan kaluaran bypass kapasitor sareng low end MOSFEts sateuacan balik ka GND (tingali Gambar 1). Daérah anu dua gelung henteu silih tindihkeun (kalebet wates antara gelung) mangrupikeun daérah anu ngagaduhan DI / DT anu luhur. Input bypass capacitor (Cin1) maénkeun peran konci dina nyayogikeun arus frékuénsi luhur kana konverter sareng balikkeun arus frekuensi tinggi kana jalur sumber na.

Kapasitor bypass kaluaran (Co1) henteu ngagaduhan arus AC, tapi bertindak salaku saringan frékuénsi luhur pikeun ngalihkeun noise. Kusabab alesan di luhur, kapasitor input sareng output kedah ditempatkeun sacaket mungkin ka pin VIN sareng VOUT masing-masing dina modul. Sakumaha dituduhkeun dina Gambar 2, induktansi anu dihasilkeun ku konéksi ieu tiasa diminimalkeun ku cara ngadamel kabel antara kapasitor bypass sareng pin VIN sareng VOUT masing-masingna pondok sareng lega sabisa mungkin.

Gambar 2 loop SIMPLE SWITCHER

Ngaminimalkeun induktansi dina perenah PCB gaduh dua kauntungan utama. Mimiti, tingkatkeun kinerja komponén ku promosikeun mindahkeun énergi antara Cin1 sareng CO1. Ieu mastikeun yén modul gaduh bypass hf anu saé, ngirangan puncak tegangan induktif kusabab arus DI / DT anu luhur. Ogé ngaminimalkeun noise alat sareng setrés tegangan pikeun mastikeun operasi normal. Kadua, ngaleutikan EMI.

Kapasitor dihubungkeun sareng induktansi parasit anu kirang nunjukkeun ciri impedansi rendah kana frékuénsi luhur, sahingga ngirangan radiasi anu dilakukeun. Kapasitor keramik (X7R atanapi X5R) atanapi kapasitor tipe ESR anu sanés disarankeun. Kapasitor input tambahan ngan ukur tiasa maén upami kapasitor tambahan ditempatkeun caket tungtung GND sareng 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.

Perencanaan jalur sirkuit ayeuna sering dianggurkeun, tapi éta ngagaduhan peran konci dina ngaoptimalkeun desain catu daya. 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.

Pin darat (kalebet bantalan kosong), input sareng output kapasitor, kapasitor soft-start, sareng résistor réspon dina modul sadayana kedah nyambung kana lapisan loop dina PCB. Lapisan loop ieu tiasa dianggo salaku jalur balik kalayan arus induktansi anu lemah pisan sareng salaku alat pembuangan panas anu dibahas dihandap.

BUAH ARA. 3 diagram Skéma modul sareng PCB salaku impedansi termal

Résistor réspon ogé kedah ditempatkeun sacaket mungkin kana pin FB (umpan balik) modulna. 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.

Saran Desain Disipasi Panas

Tata letak kompak modul, bari nyayogikeun manpaat listrik, pangaruhna négatip dina desain dissipation heat, dimana kakuatan anu sami dibubarkeun tina Spaces anu langkung alit. 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. Pad ngabantosan nyayogikeun impedansi termal anu handap pisan tina MOSFEts internal, anu biasana ngahasilkeun seuseueurna panas, kana PCB.

Impedansi termal (θJC) tina simpang semikonduktor kana bungkus luar alat ieu nyaéta 1.9 ℃ / W. Nalika ngahontal nilai θJC anu ngarah kana industri idéal, nilai θJC anu handap henteu aya artina nalika impedansi termal (θCA) tina pakét luar kana hawa teuing hébat! Upami henteu aya jalur dissipation panas low-impedansi anu disayogikeun ka hawa sakurilingna, panas bakal akumulasi dina bantalan kosong sareng henteu tiasa dibubarkeun. Janten naon anu nangtoskeun θCA? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Ayeuna pikeun pandangan gancang kumaha mendesain PCB saderhana tanpa sisip, gambar 3 ngagambarkeun modul sareng PCB salaku impedansi termal. Kusabab impedansi termal antara simpang sareng bagian luhur bungkus luar relatif luhur dibandingkeun sareng impedansi termal tina simpang kana pad kosong, urang tiasa malire jalur dissipation panas θJA salami perkiraan munggaran résistansi termal tina simpang ka hawa sakurilingna (θJT).

Léngkah munggaran dina desain dissipation panas nyaéta pikeun nangtukeun jumlah kakuatan anu bakal dileungitkeun. Kakuatan anu dikonsumsi ku modul (PD) tiasa gampang diitung nganggo grafik épisiénsi (η) anu diterbitkeun dina tabel data.

Urang teras nganggo kendala suhu suhu maksimum dina desain, TAmbient, sareng suhu simpang anu dipeunteun, TJuncTIon (125 ° C), pikeun nangtoskeun résistansi termal anu diperyogikeun pikeun modul rangkep dina PCB.

Tungtungna, kami nganggo pendekatan saderhana tina mindahkeun panas konvektif maksimum dina permukaan PCB (kalayan sirip tambaga 1-ons anu rusak sareng seueur liang tilelep panas dina dua lantai luhur sareng handapeun) pikeun nangtoskeun luas piring anu diperyogikeun pikeun pembuangan panas.

Perkiraan area PCB anu diperyogikeun henteu ngémutan peran anu dimaénkeun ku liang dissipation panas anu mindahkeun panas tina lapisan logam luhur (iketna nyambung kana PCB) kana lapisan logam handap. Lapisan handapeun mangrupikeun lapisan permukaan anu kadua anu mana konveksi tiasa mindahkeun panas tina piring. Sahenteuna 8 dugi 10 liang tiis kedah dianggo pikeun perkiraan area dewan janten sah. Résistansi termal tina tilelep panas diperkirakeun ku persamaan ieu.

Perkiraan ieu dilarapkeun kana liang has anu diaméterna 12 mils kalayan gigir tambaga 0.5 oz. Saloba liang tilelep panas sabisa kedah didesain dina sadaya daérah handapeun alas bulistir, sareng liang tilelep panas ieu kedah ngawangun susunan kalayan jarak 1 dugi 1.5mm.

kacindekan

Modul kakuatan SIMPLE SWITCHER nyayogikeun alternatif pikeun desain catu daya anu rumit sareng tata letak PCB anu khas anu aya hubunganana sareng konverter DC / DC. Nalika tantangan perenah parantos dileungitkeun, sababaraha padamelan rékayasa tetep kedah dilakukeun pikeun ngaoptimalkeun kinerja modul ku bypass anu hadé sareng desain dissipation panas.