ఆధారంగా PCB విద్యుత్ సరఫరా యొక్క లేఅవుట్, ఈ కాగితం ఉత్తమ PCB లేఅవుట్ పద్ధతి, ఉదాహరణలు మరియు సాధారణ స్విచ్చర్ పవర్ మాడ్యూల్ పనితీరును ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి టెక్నిక్‌లను పరిచయం చేస్తుంది.

విద్యుత్ సరఫరా లేఅవుట్‌ను ప్లాన్ చేస్తున్నప్పుడు, మొదటి పరిగణన రెండు స్విచింగ్ కరెంట్ లూప్‌ల యొక్క భౌతిక లూప్ ప్రాంతం. 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. మూర్తి 1 లో చూపిన లూప్ 1 లో, ప్రస్తుత స్వీయ-వాహక ఇన్‌పుట్ బైపాస్ కెపాసిటర్ (Cin1) హై-ఎండ్ MOSFET యొక్క నిరంతర ప్రసరణ సమయంలో MOSFET ద్వారా అంతర్గత ఇండక్టర్ మరియు అవుట్‌పుట్ బైపాస్ కెపాసిటర్ (CO1) కి వెళుతుంది, చివరకు తిరిగి వస్తుంది ఇన్పుట్ బైపాస్ కెపాసిటర్.

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

మూర్తి 1 పవర్ మాడ్యూల్‌లోని లూప్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం

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. అంతర్గత ప్రేరకంలో నిల్వ చేయబడిన శక్తి GND కి తిరిగి రావడానికి ముందు అవుట్‌పుట్ బైపాస్ కెపాసిటర్ మరియు లోఎండ్ MOSFEts ద్వారా ప్రవహిస్తుంది (మూర్తి 1 చూడండి). The region where two loops do not overlap each other (including the boundary between loops) is the region with high DI/DT current. ఇన్‌పుట్ బైపాస్ కెపాసిటర్ (Cin1) కన్వర్టర్‌కు అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ కరెంట్‌ను సరఫరా చేయడంలో మరియు అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ కరెంట్‌ను దాని మూల మార్గానికి తిరిగి ఇవ్వడంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది.

అవుట్‌పుట్ బైపాస్ కెపాసిటర్ (Co1) ఎక్కువ AC కరెంట్‌ను కలిగి ఉండదు, కానీ శబ్దం మారడానికి అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ ఫిల్టర్‌గా పనిచేస్తుంది. పైన పేర్కొన్న కారణాల వల్ల, ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ కెపాసిటర్‌లను మాడ్యూల్‌లోని సంబంధిత VIN మరియు VOUT పిన్‌లకు వీలైనంత దగ్గరగా ఉంచాలి. మూర్తి 2 లో చూపినట్లుగా, బైపాస్ కెపాసిటర్లు మరియు వాటి సంబంధిత VIN మరియు VOUT పిన్‌ల మధ్య వైరింగ్‌ను సాధ్యమైనంత తక్కువ మరియు వెడల్పుగా చేయడం ద్వారా ఈ కనెక్షన్‌ల ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే ఇండక్టెన్స్‌ను తగ్గించవచ్చు.

మూర్తి 2 సాధారణ స్విచ్చర్ లూప్

PCB లేఅవుట్‌లో ఇండక్టెన్స్‌ను తగ్గించడం వల్ల రెండు ప్రధాన ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. ముందుగా, Cin1 మరియు CO1 మధ్య శక్తి బదిలీని ప్రోత్సహించడం ద్వారా భాగం పనితీరును మెరుగుపరచండి. మాడ్యూల్‌కు మంచి హెచ్‌ఎఫ్ బైపాస్ ఉందని నిర్ధారిస్తుంది, అధిక డిఐ/డిటి కరెంట్ కారణంగా ఇండక్టివ్ వోల్టేజ్ శిఖరాలను తగ్గిస్తుంది. ఇది సాధారణ ఆపరేషన్‌ను నిర్ధారించడానికి పరికర శబ్దం మరియు వోల్టేజ్ ఒత్తిడిని కూడా తగ్గిస్తుంది. రెండవది, EMI ని తగ్గించండి.

తక్కువ పరాన్నజీవి ఇండక్టెన్స్‌తో అనుసంధానించబడిన కెపాసిటర్లు అధిక ఫ్రీక్వెన్సీలకు తక్కువ ఇంపెడెన్స్ లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తాయి, తద్వారా నిర్వహించిన రేడియేషన్‌ను తగ్గిస్తుంది. సిరామిక్ కెపాసిటర్లు (X7R లేదా X5R) లేదా ఇతర తక్కువ ESR రకం కెపాసిటర్లు సిఫార్సు చేయబడ్డాయి. అదనపు కెపాసిటర్లు GND మరియు VIN చివరల దగ్గర ఉంచినట్లయితే మాత్రమే అదనపు ఇన్పుట్ కెపాసిటర్లు అమలులోకి వస్తాయి. 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.

సర్క్యూట్ కరెంట్ పాత్ ప్లానింగ్ తరచుగా నిర్లక్ష్యం చేయబడుతుంది, కానీ విద్యుత్ సరఫరా డిజైన్‌ను ఆప్టిమైజ్ చేయడంలో ఇది కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది. 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.

గ్రౌండెడ్ పిన్స్ (బేర్ ప్యాడ్‌లతో సహా), ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ కెపాసిటర్లు, సాఫ్ట్-స్టార్ట్ కెపాసిటర్లు మరియు మాడ్యూల్‌లోని ఫీడ్‌బ్యాక్ రెసిస్టర్‌లు అన్నీ PCB లోని లూప్ లేయర్‌కు కనెక్ట్ అయి ఉండాలి. ఈ లూప్ పొరను అతి తక్కువ ఇండక్టెన్స్ కరెంట్‌తో మరియు దిగువ చర్చించిన వేడి వెదజల్లే పరికరంగా తిరిగి వచ్చే మార్గంగా ఉపయోగించవచ్చు.

అత్తి. 3 థర్మల్ ఇంపెడెన్స్‌గా మాడ్యూల్ మరియు PCB యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం

ఫీడ్‌బ్యాక్ రెసిస్టర్‌ను మాడ్యూల్ యొక్క FB (ఫీడ్‌బ్యాక్) పిన్‌కు వీలైనంత దగ్గరగా ఉంచాలి. 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.

వేడి వెదజల్లడం డిజైన్ సూచనలు

మాడ్యూల్స్ యొక్క కాంపాక్ట్ లేఅవుట్, విద్యుత్ ప్రయోజనాలను అందించేటప్పుడు, వేడి వెదజల్లే డిజైన్‌పై ప్రతికూల ప్రభావం చూపుతుంది, ఇక్కడ సమానమైన శక్తి చిన్న ప్రదేశాల నుండి వెదజల్లుతుంది. 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. ప్యాడ్ అంతర్గత MOSFEts నుండి చాలా తక్కువ థర్మల్ ఇంపెడెన్స్ అందించడానికి సహాయపడుతుంది, ఇది సాధారణంగా ఎక్కువ వేడిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది, PCB కి.

సెమీకండక్టర్ జంక్షన్ నుండి ఈ పరికరాల బాహ్య ప్యాకేజీ వరకు థర్మల్ ఇంపెడెన్స్ (θJC) 1.9 ℃/W. పరిశ్రమలో ప్రముఖమైన θJC విలువను సాధించడం ఉత్తమమైనప్పటికీ, గాలికి packageటర్ ప్యాకేజీ యొక్క థర్మల్ ఇంపెడెన్స్ (θCA) చాలా గొప్పగా ఉన్నప్పుడు తక్కువ θJC విలువ అర్ధం కాదు! చుట్టుపక్కల గాలికి తక్కువ-ఇంపెడెన్స్ వేడి వెదజల్లే మార్గం అందించబడకపోతే, వేడి బేర్ ప్యాడ్‌పై పేరుకుపోతుంది మరియు వెదజల్లదు. కాబట్టి θCA ని ఏది నిర్ణయిస్తుంది? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

రెక్కలు లేకుండా సాధారణ పిసిబిని ఎలా డిజైన్ చేయాలో ఇప్పుడు త్వరిత పరిశీలన కోసం, ఫిగర్ 3 మాడ్యూల్ మరియు పిసిబిని థర్మల్ ఇంపెడెన్స్‌గా వివరిస్తుంది. జంక్షన్ నుండి బేర్ ప్యాడ్ వరకు థర్మల్ ఇంపెడెన్స్‌తో పోలిస్తే జంక్షన్ మరియు బాహ్య ప్యాకేజీ పైభాగం మధ్య థర్మల్ ఇంపెడెన్స్ సాపేక్షంగా ఎక్కువగా ఉన్నందున, జంక్షన్ నుండి థర్మల్ రెసిస్టెన్స్ యొక్క మొదటి అంచనా సమయంలో θJA హీట్ డిస్‌పియేషన్ మార్గాన్ని మనం విస్మరించవచ్చు. పరిసర గాలి (θJT).

వేడి వెదజల్లే రూపకల్పనలో మొదటి అడుగు వెదజల్లే శక్తి మొత్తాన్ని గుర్తించడం. మాడ్యూల్ (PD) ద్వారా వినియోగించే శక్తిని డేటా పట్టికలో ప్రచురించబడిన సామర్థ్య గ్రాఫ్ (η) ఉపయోగించి సులభంగా లెక్కించవచ్చు.

PCB లో ప్యాక్ చేయబడిన మాడ్యూల్స్‌కు అవసరమైన థర్మల్ రెసిస్టెన్స్‌ను నిర్ణయించడానికి మేము డిజైన్, TAmbient మరియు రేటెడ్ జంక్షన్ ఉష్ణోగ్రత, TJuncTIon (125 ° C) లో గరిష్ట ఉష్ణోగ్రత యొక్క ఉష్ణోగ్రత పరిమితులను ఉపయోగిస్తాము.

చివరగా, వేడి వెదజల్లడానికి అవసరమైన ప్లేట్ ప్రాంతాన్ని గుర్తించడానికి మేము PCB ఉపరితలంపై గరిష్ట ఉష్ణప్రసరణ ఉష్ణ బదిలీ యొక్క సరళమైన ఉజ్జాయింపును ఉపయోగించాము (చెడిపోని 1-ceన్స్ రాగి రెక్కలు మరియు ఎగువ మరియు దిగువ అంతస్తులలో అనేక హీట్ సింక్ రంధ్రాలతో).

అవసరమైన PCB ప్రాంతం ఉజ్జాయింపు ఎగువ మెటల్ పొర (ప్యాకేజీ PCB కి కనెక్ట్ చేయబడింది) నుండి దిగువ లోహపు పొరకి వేడిని బదిలీ చేసే వేడి వెదజల్లే రంధ్రాల పాత్రను పరిగణనలోకి తీసుకోదు. దిగువ పొర రెండవ ఉపరితల పొరగా పనిచేస్తుంది, దీని ద్వారా ఉష్ణప్రసరణ ప్లేట్ నుండి వేడిని బదిలీ చేస్తుంది. బోర్డ్ ఏరియా ఉజ్జాయింపు చెల్లుబాటు కావడానికి కనీసం 8 నుండి 10 కూలింగ్ హోల్స్ ఉపయోగించాలి. హీట్ సింక్ యొక్క ఉష్ణ నిరోధకత క్రింది సమీకరణం ద్వారా అంచనా వేయబడుతుంది.

ఈ ఉజ్జాయింపు 12 మిల్లుల వ్యాసం కలిగిన 0.5-oz రాగి సైడ్‌వాల్‌తో కూడిన సాధారణ రంధ్రానికి వర్తిస్తుంది. బేర్ ప్యాడ్ క్రింద ఉన్న మొత్తం ప్రాంతంలో వీలైనన్ని ఎక్కువ హీట్ సింక్ రంధ్రాలను రూపొందించాలి, మరియు ఈ హీట్ సింక్ రంధ్రాలు 1 నుండి 1.5 మిమీ వరకు ఖాళీని కలిగి ఉంటాయి.

ముగింపు

సింపుల్ స్విచ్చర్ పవర్ మాడ్యూల్ DC/DC కన్వర్టర్‌లతో అనుబంధించబడిన క్లిష్టమైన విద్యుత్ సరఫరా డిజైన్‌లు మరియు సాధారణ PCB లేఅవుట్‌లకు ప్రత్యామ్నాయాన్ని అందిస్తుంది. లేఅవుట్ సవాళ్లు తొలగించబడినప్పటికీ, మంచి బైపాస్ మరియు వేడి వెదజల్లే డిజైన్‌తో మాడ్యూల్ పనితీరును ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి కొన్ని ఇంజనీరింగ్ పనులు ఇంకా చేయాల్సి ఉంది.