На підставі Друкована плата макет джерела живлення, у цьому документі представлено найкращий метод компонування друкованої плати, приклади та методи для оптимізації роботи простого модуля живлення комутатора.

При плануванні схеми блоку живлення перше, що слід врахувати – це фізична зона контуру двох контурів струму комутації. Незважаючи на те, що ці області петлі в основному невидимі в модулі живлення, важливо розуміти відповідні шляхи струму двох контурів, оскільки вони виходять за межі модуля. У контурі 1, зображеному на малюнку 1, поточний самопровідний вхідний обхідний конденсатор (Cin1) проходить через MOSFET до внутрішнього індуктора та вихідного обхідного конденсатора (CO1) протягом часу безперервної провідності високоякісного MOSFET і, нарешті, повертається до вхідний обхідний конденсатор.

Принципова схема петлі в силовому модулі www.elecfans.com

Малюнок 1 Принципова схема контуру в силовому модулі

Шлейф 2 формується під час вимкнення внутрішніх високоякісних MOSFE-пристроїв та часу включення низькочастотних MOSFEts. Енергія, що зберігається у внутрішньому дроселі індуктивності, протікає через вихідний обхідний конденсатор і низькочастотні MOSFE, перш ніж повернутися до GND (див. Рисунок 1). Область, де дві петлі не накладаються одна на одну (включаючи межу між петлями), є областю з високим струмом DI/DT. Вхідний обхідний конденсатор (Cin1) відіграє ключову роль у подачі струму високої частоти до перетворювача та поверненні струму високої частоти на вихідний шлях.

Вихідний обхідний конденсатор (Co1) не несе великого змінного струму, але діє як високочастотний фільтр для перемикання шуму. З огляду на вищезазначені причини, вхідні та вихідні конденсатори слід розміщувати якомога ближче до відповідних виводів VIN та VOUT на модулі. Як показано на малюнку 2, індуктивність, яку генерують ці з’єднання, можна мінімізувати, зробивши проводку між обхідними конденсаторами та їх відповідними контактами VIN та VOUT якомога коротшою та ширшою.

Малюнок 2 Проста петля перемикача

Мінімізація індуктивності в макеті друкованої плати має дві основні переваги. По -перше, покращуйте продуктивність компонентів, сприяючи передачі енергії між Cin1 та CO1. Це гарантує, що модуль має хороший ВЧ -обхід, мінімізуючи піки індуктивної напруги через високий струм DI/DT. Він також мінімізує шум пристрою та напругу, щоб забезпечити нормальну роботу. По -друге, мінімізуйте EMI.

Конденсатори, з’єднані з меншою паразитною індуктивністю, демонструють низькі характеристики імпедансу до високих частот, зменшуючи таким чином провідникове випромінювання. Рекомендуються керамічні конденсатори (X7R або X5R) або інші конденсатори з низьким рівнем ШОЕ. Додаткові вхідні конденсатори можуть вступити в дію, лише якщо додаткові конденсатори розміщені біля кінців GND та VIN. Модуль живлення ПРОСТОГО ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ унікально розроблений з низьким рівнем випромінювання та електромагнітним випромінюванням. Однак для досягнення більш високої продуктивності дотримуйтесь вказівок щодо розміщення друкованої плати, описаних у цій статті.

Планування контуру струму ланцюга часто нехтується, але воно відіграє ключову роль в оптимізації конструкції джерела живлення. Крім того, дроти заземлення до Cin1 та CO1 повинні бути максимально укорочені та розширені, а голі колодки мають бути безпосередньо підключені, що особливо важливо для заземлення на вхідному конденсаторі (Cin1) з великими струмами змінного струму.

Заземлені контакти (включаючи голі колодки), вхідні та вихідні конденсатори, конденсатори з плавним запуском та резистори зворотного зв’язку в модулі повинні бути з’єднані з петельним шаром на друкованій платі. Цей контурний шар може бути використаний як зворотний шлях з надзвичайно низьким струмом індуктивності та як пристрій для відведення тепла, розглянуте нижче.

Фіг. 3 Принципова схема модуля та друкованої плати як тепловий опір

Резистор зворотного зв’язку також слід розмістити якомога ближче до виводу FB (зворотного зв’язку) модуля. Щоб мінімізувати потенціал вилучення шуму на цьому вузлі з високим опором, надзвичайно важливо якомога коротше утримувати лінію між виводом FB та середнім краном резистора зворотного зв’язку. Доступні компенсаційні компоненти або вихідні конденсатори слід розміщувати якомога ближче до верхнього резистора зворотного зв’язку. Наприклад, дивіться схему розміщення друкованої плати у відповідній таблиці даних модуля.

Приклад макета AN LMZ14203 див. У посібнику з застосування AN-2024, розміщеному на www.naTIonal.com.

Пропозиції щодо розсіювання тепла

Компактне розташування модулів, надаючи при цьому електричні переваги, негативно впливає на конструкцію тепловідведення, де еквівалентна потужність розсіюється з менших просторів. Для вирішення цієї проблеми на задній панелі модуля живлення ПРОСТОГО ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ розроблено єдину велику голу колодку, яка має електричне заземлення. Прокладка допомагає забезпечити надзвичайно низький тепловий опір від внутрішніх MOSFEts, які зазвичай генерують більшу частину тепла, до друкованої плати.

Тепловий опір (θJC) від напівпровідникового переходу до зовнішньої упаковки цих пристроїв становить 1.9 ℃/Вт. Хоча досягнення провідного в галузі значення θJC є ідеальним, низьке значення θJC не має сенсу, коли тепловий опір (θCA) зовнішнього пакета до повітря надто великий! Якщо до навколишнього повітря не подається теплоізоляційний канал з низьким опором, тепло буде накопичуватися на голому майданчику і не може розсіюватися. Отже, що визначає θCA? Тепловий опір від чистого майданчика до повітря повністю контролюється конструкцією друкованої плати та відповідним радіатором.

Тепер для короткого погляду на те, як спроектувати просту друковану плату без ребер, малюнок 3 ілюструє модуль та друковану плату як тепловий опір. Оскільки тепловий опір між переходом і верхньою частиною зовнішньої упаковки відносно високий у порівнянні з тепловим опором від переходу до оголеної площадки, ми можемо ігнорувати шлях розсіювання тепла θJA під час першої оцінки теплового опору від переходу до навколишнє повітря (θJT).

Першим кроком у проектуванні тепловіддачі є визначення кількості розсіюваної потужності. Потужність, спожиту модулем (PD), можна легко розрахувати, використовуючи графік ефективності (η), опублікований у таблиці даних.

Потім ми використовуємо температурні обмеження максимальної температури в проекті, TAmbient і номінальної температури переходу, TJuncTIon (125 ° C), щоб визначити тепловий опір, необхідний для упакованих модулів на друкованій платі.

Нарешті, ми використали спрощене наближення максимального конвективного теплообміну на поверхні друкованої плати (з непошкодженими мідними плавниками по 1 унції та численними отворами для радіатора як на верхньому, так і на нижньому поверхах), щоб визначити площу пластини, необхідну для розсіювання тепла.

Необхідне наближення площі друкованої плати не враховує роль, яку відіграють отвори для відведення тепла, які передають тепло від верхнього шару металу (пакет з’єднаний з друкованою платою) до нижнього шару металу. Нижній шар служить другим поверхневим шаром, через який конвекція може передавати тепло від плити. Щоб наближення площі дошки було дійсним, потрібно використовувати принаймні 8-10 охолоджувальних отворів. Тепловий опір радіатора апроксимується наступним рівнянням.

Це наближення застосовується до типового наскрізного отвору діаметром 12 миль з мідною боковиною 0.5 унції. На всій площі під оголеною колодкою має бути спроектовано якомога більше отворів для радіатора, і ці отвори для радіатора повинні утворювати масив з інтервалом від 1 до 1.5 мм.

висновок

Модуль живлення SIMPLE SWITCHER є альтернативою складним схемам живлення та типовим схемам друкованої плати, пов’язаним з перетворювачами постійного/постійного струму. Незважаючи на те, що проблеми з компонуванням були усунені, ще належить виконати деякі інженерні роботи для оптимізації продуктивності модуля з хорошою конструкцією обходу та тепловідведення.