Batay sa PCB layout ng supply ng kuryente, ipinakilala ng papel na ito ang pinakamahusay na pamamaraan ng layout ng PCB, mga halimbawa at diskarte upang ma-optimize ang pagganap ng simpleng module ng kapangyarihan ng switch.

Kapag pinaplano ang layout ng supply ng kuryente, ang unang pagsasaalang-alang ay ang pisikal na lugar ng loop ng dalawang lumilipat na kasalukuyang mga loop. Bagaman ang mga rehiyon ng loop na ito ay higit na hindi nakikita sa module ng kuryente, mahalagang maunawaan ang kani-kanilang mga kasalukuyang landas ng dalawang mga loop sapagkat umaabot sa lampas ng module. Sa loop 1 na ipinakita sa Larawan 1, ang kasalukuyang self-conduct input bypass capacitor (Cin1) ay dumadaan sa MOSFET sa panloob na inductor at output bypass capacitor (CO1) sa patuloy na oras ng pagpapadaloy ng high-end MOSFET, at sa wakas ay bumalik sa ang input bypass capacitor.

Scagram diagram ng loop sa module ng kuryente www.elecfans.com

Larawan 1 Schematic diagram ng loop sa module ng kuryente

Ang Loop 2 ay nabuo sa oras ng turn-off ng panloob na high-end MOSFEts at oras ng turn-on ng low-end MOSFEts. Ang enerhiya na nakaimbak sa panloob na inductor ay dumadaloy sa pamamagitan ng output bypass capacitor at low end MOSFEts bago bumalik sa GND (tingnan ang Larawan 1). Ang rehiyon kung saan ang dalawang mga loop ay hindi nagsasapawan (kasama ang hangganan sa pagitan ng mga loop) ay ang rehiyon na may mataas na kasalukuyang DI / DT. Ang input bypass capacitor (Cin1) ay may mahalagang papel sa pagbibigay ng kasalukuyang dalas ng dalas sa converter at ibabalik ang kasalukuyang dalas ng dalas sa pinagmulan nito.

Ang output bypass capacitor (Co1) ay hindi nagdadala ng kasalukuyang AC, ngunit kumikilos bilang isang high-frequency filter para sa paglipat ng ingay. Para sa mga kadahilanang nasa itaas, ang mga input at output capacitor ay dapat na mailagay hangga’t maaari sa kani-kanilang mga pin ng VIN at VOUT sa module. Tulad ng ipinakita sa Larawan 2, ang inductance na nabuo ng mga koneksyon na ito ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng paggawa ng mga kable sa pagitan ng mga bypass capacitor at kani-kanilang mga pin ng VIN at VOUT na maikli at malawak hangga’t maaari.

Larawan 2 loop na SIMPLE SWITCHER

Ang pag-minimize ng inductance sa isang layout ng PCB ay may dalawang pangunahing mga benepisyo. Una, pagbutihin ang pagganap ng sangkap sa pamamagitan ng paglulunsad ng paglipat ng enerhiya sa pagitan ng Cin1 at CO1. Tinitiyak nito na ang module ay may isang mahusay na bypass ng HF, na pinapaliit ang mga inductive voltage peaks dahil sa mataas na kasalukuyang DI / DT. Pinapaliit din nito ang ingay ng aparato at stress ng boltahe upang matiyak ang normal na operasyon. Pangalawa, i-minimize ang EMI.

Ang mga capacitor na nakakonekta sa hindi gaanong parasitiko na inductance ay nagpapakita ng mababang mga katangian ng impedance sa mataas na frequency, kaya’t binawasan ang isinagawang radiation. Inirerekumenda ang mga ceramic capacitor (X7R o X5R) o iba pang mga mababang uri ng capacitor na ESR. Ang mga karagdagang input capacitor ay maaari lamang mai-play kung ang mga karagdagang capacitor ay inilalagay malapit sa mga dulo ng GND at VIN. Ang Power module ng SIMPLE SWITCHER ay natatanging idinisenyo upang magkaroon ng mababang radiation at isinasagawa ang EMI. Gayunpaman, sundin ang mga alituntunin sa layout ng PCB na inilarawan sa artikulong ito upang makamit ang mas mataas na pagganap.

Ang kasalukuyang pagpaplano ng landas ng circuit ay madalas na napapabayaan, ngunit may mahalagang papel ito sa pag-optimize ng disenyo ng supply ng kuryente. Bilang karagdagan, ang mga ground wires sa Cin1 at CO1 ay dapat paikliin at palawakin hangga’t maaari, at ang mga hubad na pad ay dapat na direktang konektado, na kung saan ay lalong mahalaga para sa mga input ng capacitor (Cin1) na koneksyon sa lupa na may malalaking AC na alon.

Ang mga pin na ground (kasama ang mga hubad na pad), mga input at output capacitor, soft-start capacitor, at feedback resistors sa module ay dapat na konektado sa loop layer sa PCB. Ang layer ng loop na ito ay maaaring magamit bilang isang path ng pagbabalik na may labis na mababang inductance kasalukuyang at bilang isang aparato ng pagwawaldas ng init na tinalakay sa ibaba.

FIG. 3 Scagram diagram ng module at PCB bilang thermal impedance

Ang resistor ng puna ay dapat ding mailagay hangga’t maaari sa FB (feedback) na pin ng module. Upang mabawasan ang potensyal na halaga ng pagkuha ng ingay sa mataas na impedance node na ito, kritikal na panatilihin ang linya sa pagitan ng FB pin at gitnang tapikin ng resistor ng feedback hangga’t maaari. Ang mga magagamit na mga bahagi ng kompensasyon o feedforward capacitor ay dapat na mailagay bilang malapit sa itaas na risistor ng feedback hangga’t maaari. Para sa isang halimbawa, tingnan ang diagram ng layout ng PCB sa nauugnay na talahanayan ng data ng module.

Para sa isang halimbawang layout ng LMZ14203, tingnan ang dokumento ng gabay sa application na AN-2024 na ibinigay sa www.naTIonal.com.

Mga Mungkahi sa Disenyo ng Disipasyon ng Heat

Ang compact layout ng mga module, habang nagbibigay ng mga benepisyong elektrikal, ay may negatibong epekto sa disenyo ng disipasyon ng init, kung saan ang katumbas na kapangyarihan ay natanggal mula sa mas maliit na Spaces. Upang matugunan ang problemang ito, ang isang solong malaking hubad na pad ay idinisenyo sa likod ng pakete ng module ng Power ng SIMPLE SWITCHER at nakakuryente sa lupa. Tumutulong ang pad upang magbigay ng labis na mababang impedance ng thermal mula sa panloob na MOSFEts, na karaniwang bumubuo ng karamihan sa init, sa PCB.

Ang thermal impedance (θJC) mula sa semiconductor junction hanggang sa panlabas na pakete ng mga aparatong ito ay 1.9 ℃ / W. Habang ang pagkamit ng isang nangungunang industriya na valueJC halaga ay perpekto, ang isang mababang halaga ng θJC ay walang katuturan kapag ang thermal impedance (θCA) ng panlabas na package sa hangin ay masyadong mahusay! Kung walang landas na pag-dissipation ng low-impedance na init na ibinibigay sa nakapalibot na hangin, ang init ay maipon sa hubad na pad at hindi maalis. Kaya’t ano ang tumutukoy sa θCA? Ang thermal paglaban mula sa hubad pad sa hangin ay ganap na kinokontrol ng disenyo ng PCB at nauugnay na heat sink.

Ngayon para sa isang mabilis na pagtingin sa kung paano mag-disenyo ng isang simpleng PCB nang walang palikpik, ang larawan 3 ay naglalarawan ng module at PCB bilang thermal impedance. Dahil ang thermal impedance sa pagitan ng kantong at sa tuktok ng panlabas na pakete ay medyo mataas kumpara sa thermal impedance mula sa kantong hanggang sa hubad na pad, maaari nating balewalain ang pathJA heat dissipation path sa panahon ng unang pagtatantya ng paglaban ng thermal mula sa kantong hanggang sa ang nakapaligid na hangin (θJT).

Ang unang hakbang sa disenyo ng disipasyon ng init ay upang matukoy ang dami ng lakas na mawawala. Ang lakas na natupok ng module (PD) ay madaling makalkula gamit ang graph ng kahusayan (η) na nai-publish sa talahanayan ng data.

Ginagamit namin pagkatapos ang mga hadlang ng temperatura ng maximum na temperatura sa disenyo, TAmbient, at ang rate ng temperatura ng kantong, TJuncTIon (125 ° C), upang matukoy ang kinakailangang paglaban ng thermal para sa mga nakabalot na module sa PCB.

Sa wakas, ginamit namin ang isang pinasimple na approximation ng maximum na convective heat transfer sa ibabaw ng PCB (na may hindi nasirang 1-onsa na mga palikpik na tanso at maraming mga hole hole sink sa parehong tuktok at ilalim na sahig) upang matukoy ang lugar ng plato na kinakailangan para sa pagwawaldas ng init.

Ang kinakailangang approximation ng lugar ng PCB ay hindi isinasaalang-alang ang papel na ginampanan ng mga butas ng pagwawaldas ng init na naglilipat ng init mula sa tuktok na layer ng metal (ang pakete ay konektado sa PCB) sa ilalim na layer ng metal. Ang ilalim na layer ay nagsisilbing isang pangalawang layer ng ibabaw kung saan maaaring ilipat ng kombeksyon ang init mula sa plato. Hindi bababa sa 8 hanggang 10 butas ng paglamig ang dapat gamitin para sa pamamaraang lugar ng board upang maging wasto. Ang paglaban ng thermal ng heat sink ay tinatayang ng sumusunod na equation.

Nalalapat ang pamamaraang ito sa isang tipikal na through-hole na 12 mils diameter na may 0.5 oz na tanso na sidewall. Tulad ng maraming mga hole hole sink hangga’t maaari ay dapat na idinisenyo sa buong lugar sa ibaba ng hubad na pad, at ang mga butas ng heat sink na ito ay dapat na bumuo ng isang array na may spacing na 1 hanggang 1.5mm.

konklusyon

Ang module ng kuryente na SIMPLE SWITCHER ay nagbibigay ng isang kahalili sa mga kumplikadong disenyo ng supply ng kuryente at mga tipikal na layout ng PCB na nauugnay sa mga converter ng DC / DC. Habang ang mga hamon sa layout ay tinanggal, ang ilang mga gawain sa engineering ay kailangan pa ring gawin upang ma-optimize ang pagganap ng module na may mahusay na disenyo ng bypass at pagwawaldas ng init.