Kulingana na PCB mpangilio wa usambazaji wa umeme, karatasi hii inaleta njia bora ya mpangilio wa PCB, mifano na mbinu za kuongeza utendaji wa moduli ya nguvu ya swichi.

Wakati wa kupanga mpangilio wa usambazaji wa umeme, uzingatiaji wa kwanza ni eneo la kitanzi halisi la vitanzi viwili vya sasa vinavyobadilika. 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. Katika kitanzi 1 kilichoonyeshwa kwenye Kielelezo 1, pembejeo ya kupitisha elektroniki ya kupitisha (Cin1) hupita kupitia MOSFET kwa inductor ya ndani na pato la kupitisha capacitor (CO1) wakati wa kuendelea kwa upitishaji wa MOSFET ya mwisho, na mwishowe inarudi kwa pembejeo bypass capacitor.

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

Kielelezo 1 Mchoro wa skimu ya kitanzi katika moduli ya nguvu

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. Nishati iliyohifadhiwa kwenye inductor ya ndani inapita kupitia pato la kupitisha capacitor na MOSFEts za mwisho wa chini kabla ya kurudi GND (angalia Kielelezo 1). The region where two loops do not overlap each other (including the boundary between loops) is the region with high DI/DT current. Uingizaji wa kupitisha capacitor (Cin1) ina jukumu muhimu katika kusambaza mzunguko wa juu wa sasa kwa kibadilishaji na kurudisha mkondo wa hali ya juu kwa njia ya chanzo.

Pato bypass capacitor (Co1) haina kubeba AC ya sasa, lakini hufanya kama kichujio cha masafa-juu ya kubadili kelele. Kwa sababu zilizo hapo juu, vitengo vya kuingiza na kutoa vinapaswa kuwekwa karibu iwezekanavyo kwa pini zao za VIN na VOUT kwenye moduli. Kama inavyoonyeshwa kwenye Kielelezo 2, upunguzaji unaozalishwa na unganisho hili unaweza kupunguzwa kwa kufanya wiring kati ya vifaa vya kupitisha na pini zao za VIN na VOUT fupi na pana iwezekanavyo.

Kielelezo 2 kitanzi rahisi cha kubadili

Kupunguza inductance katika mpangilio wa PCB kuna faida mbili kuu. Kwanza, boresha utendaji wa sehemu kwa kukuza uhamishaji wa nishati kati ya Cin1 na CO1. Hii inahakikisha kuwa moduli ina njia nzuri ya kupitisha hf, ikipunguza kilele cha voltage kwa sababu ya kiwango cha juu cha DI / DT. Pia hupunguza kelele ya kifaa na mafadhaiko ya voltage ili kuhakikisha operesheni ya kawaida. Pili, punguza EMI.

Capacitors iliyounganishwa na upunguzaji mdogo wa vimelea huonyesha sifa ndogo za impedance kwa masafa ya juu, na hivyo kupunguza mionzi iliyofanywa. Ceramic capacitors (X7R or X5R) or other low ESR type capacitors are recommended. Viongezaji vya ziada vya kuingiza vinaweza kuanza kucheza ikiwa vifaa vya ziada vimewekwa karibu na mwisho wa GND na 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.

Mipango ya njia ya sasa ya mzunguko mara nyingi hupuuzwa, lakini ina jukumu muhimu katika kuboresha muundo wa usambazaji wa umeme. 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.

Pini zilizo na msingi (pamoja na pedi tupu), pembejeo za kuingiza na kutoa, capacitors za kuanza laini, na vipinga maoni kwenye moduli lazima ziunganishwe kwenye safu ya kitanzi kwenye PCB. Safu hii ya kitanzi inaweza kutumika kama njia ya kurudi na sasa ya chini sana ya inductance na kama kifaa cha utenguaji wa joto kilichojadiliwa hapa chini.

MFANO. Mchoro wa kimkakati wa moduli na PCB kama impedance ya joto

Kinzani cha maoni pia kinapaswa kuwekwa karibu iwezekanavyo kwa pini ya FB (maoni) ya moduli. 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.

Mapendekezo ya Ubunifu wa joto

Mpangilio wa moduli, wakati unapeana faida za umeme, una athari mbaya kwa muundo wa utaftaji wa joto, ambapo nguvu sawa hutawanywa kutoka kwa Nafasi ndogo. 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. Pedi husaidia kutoa impedance ya chini sana ya mafuta kutoka kwa MOSFEts za ndani, ambazo kawaida hutoa joto nyingi, kwa PCB.

Impedans ya mafuta (θJC) kutoka makutano ya semiconductor hadi kifurushi cha nje cha vifaa hivi ni 1.9 ℃ / W. Wakati kufanikisha -JC inayoongoza kwa tasnia ni bora, thamani ya chini ya θJC haina maana wakati impedance ya joto (θCA) ya kifurushi cha nje hewani ni kubwa sana! Ikiwa hakuna njia ya utaftaji wa joto ya impedance ya chini inayotolewa kwa hewa inayozunguka, joto litajilimbikiza kwenye pedi wazi na haliwezi kutawanywa. Kwa hivyo ni nini huamua θCA? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Sasa kwa kuangalia haraka jinsi ya kuunda PCB rahisi bila mapezi, takwimu 3 inaonyesha moduli na PCB kama impedance ya joto. Kwa sababu impedance ya joto kati ya makutano na sehemu ya juu ya kifurushi cha nje ni kubwa sana ikilinganishwa na impedance ya joto kutoka kwa makutano hadi pedi isiyo wazi, tunaweza kupuuza njia ya utenguaji wa joto ya duringJA wakati wa makisio ya kwanza ya upinzani wa joto kutoka kwa makutano hadi hewa inayozunguka (θJT).

Hatua ya kwanza katika muundo wa utaftaji wa joto ni kuamua kiwango cha nguvu kinachoweza kutawanywa. Nguvu inayotumiwa na moduli (PD) inaweza kuhesabiwa kwa urahisi kwa kutumia grafu ya ufanisi (η) iliyochapishwa kwenye jedwali la data.

Kisha tunatumia vizuizi vya hali ya joto ya kiwango cha juu katika muundo, TAmbient, na joto la makutano lililokadiriwa, TJuncTIon (125 ° C), kuamua upinzani wa joto unaohitajika kwa moduli zilizofungashwa kwenye PCB.

Mwishowe, tulitumia makadirio rahisi ya upitishaji wa joto wa juu kwenye uso wa PCB (na mapezi ya shaba ya shaba yasiyo na uharibifu na mashimo mengi ya kuzama kwa joto kwenye sakafu ya juu na ya chini) kuamua eneo la bamba linalohitajika kwa utaftaji wa joto.

Ukadiriaji wa eneo la PCB unaohitajika haizingatii jukumu linalochezwa na mashimo ya utaftaji wa joto ambayo huhamisha joto kutoka kwa safu ya juu ya chuma (kifurushi kimeunganishwa na PCB) hadi kwenye safu ya chini ya chuma. Safu ya chini hutumika kama safu ya pili ya uso ambayo kwa hiyo convection inaweza kuhamisha joto kutoka kwa sahani. Shimo angalau 8 hadi 10 za baridi zinapaswa kutumiwa kwa ukadiriaji wa eneo la bodi kuwa halali. Upinzani wa joto wa kuzama kwa joto inakadiriwa na equation ifuatayo.

Ukadiriaji huu unatumika kwa shimo la kawaida la kipenyo cha mililita 12 na ukuta wa shaba wa 0.5 oz. Mashimo mengi ya kuzama kwa joto iwezekanavyo yanapaswa kutengenezwa katika eneo lote chini ya pedi wazi, na mashimo haya ya kuzama joto yanapaswa kuunda safu na nafasi ya 1 hadi 1.5mm.

hitimisho

Moduli ya Rahisi ya SWITCHER hutoa njia mbadala ya muundo tata wa usambazaji wa umeme na mipangilio ya kawaida ya PCB inayohusiana na waongofu wa DC / DC. Wakati changamoto za mpangilio zimeondolewa, kazi zingine za uhandisi bado zinahitajika kufanywa ili kuboresha utendaji wa moduli na kupita vizuri na muundo wa utaftaji wa joto.