کی بنیاد پر پی سی بی پاور سپلائی کی ترتیب ، یہ پیپر سادہ سوئچر پاور ماڈیول کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے بہترین پی سی بی لے آؤٹ طریقہ ، مثالیں اور تکنیک متعارف کراتا ہے۔

پاور سپلائی لے آؤٹ کی منصوبہ بندی کرتے وقت ، سب سے پہلے غور دو سوئچنگ کرنٹ لوپس کا فزیکل لوپ ایریا ہے۔ 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. In loop 1 shown in Figure 1, the current self-conducting input bypass capacitor (Cin1) passes through the MOSFET to the internal inductor and output bypass capacitor (CO1) during the continuous conduction time of the high-end MOSFET, and finally returns to the input bypass capacitor.

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

Figure 1 Schematic diagram of loop in power module

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. اندرونی انڈکٹر میں ذخیرہ شدہ توانائی GND پر واپس آنے سے پہلے آؤٹ پٹ بائی پاس کیپسیٹر اور کم اختتامی MOSFEts کے ذریعے بہتی ہے (شکل 1 دیکھیں)۔ The region where two loops do not overlap each other (including the boundary between loops) is the region with high DI/DT current. ان پٹ بائی پاس کیپسیٹر (Cin1) کنورٹر کو ہائی فریکوئنسی کرنٹ کی فراہمی اور ہائی فریکوئینسی کرنٹ کو اس کے سورس پاتھ پر واپس لانے میں کلیدی کردار ادا کرتا ہے۔

آؤٹ پٹ بائی پاس کیپسیٹر (Co1) زیادہ AC کرنٹ نہیں لیتا ، لیکن شور بدلنے کے لیے ہائی فریکوئنسی فلٹر کا کام کرتا ہے۔ مذکورہ بالا وجوہات کی بناء پر ، ان پٹ اور آؤٹ پٹ کیپسیٹرز کو ماڈیول پر ان کے متعلقہ VIN اور VOUT پنوں سے جتنا ممکن ہو قریب رکھنا چاہیے۔ جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے ، بائی پاس کیپسیٹرز اور ان کے متعلقہ VIN اور VOUT پنوں کے درمیان وائرنگ کو ممکنہ حد تک مختصر اور چوڑا بنا کر ان کنکشنز سے پیدا ہونے والی انڈکشن کو کم کیا جاسکتا ہے۔

شکل 2 آسان سوئچر لوپ۔

پی سی بی لے آؤٹ میں انڈکٹینس کو کم کرنے کے دو بڑے فوائد ہیں۔ سب سے پہلے ، Cin1 اور CO1 کے درمیان توانائی کی منتقلی کو فروغ دے کر جزو کی کارکردگی کو بہتر بنائیں۔ اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ ماڈیول میں ایک اچھا hf بائی پاس ہے ، جو کہ اعلی DI/DT کرنٹ کی وجہ سے انڈکٹو وولٹیج چوٹیوں کو کم کرتا ہے۔ یہ معمول کے کام کو یقینی بنانے کے لیے آلے کے شور اور وولٹیج کے دباؤ کو بھی کم کرتا ہے۔ دوسرا ، EMI کو کم سے کم کریں۔

کم پرجیوی انڈکٹانس کے ساتھ منسلک کیپسیٹرز کم تعدد خصوصیات کو زیادہ تعدد پر ظاہر کرتے ہیں ، اس طرح تابکاری کو کم کرتے ہیں۔ Ceramic capacitors (X7R or X5R) or other low ESR type capacitors are recommended. اضافی ان پٹ کیپسیٹرز صرف اس صورت میں کام آسکتے ہیں جب اضافی کیپسیٹرز GND اور VIN کے اختتام پر رکھے جائیں۔ 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.

Circuit current path planning is often neglected, but it plays a key role in optimizing power supply design. 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.

گراؤنڈڈ پن (بشمول ننگے پیڈ) ، ان پٹ اور آؤٹ پٹ کیپسیٹرز ، سافٹ اسٹارٹ کیپسیٹرز ، اور ماڈیول میں فیڈ بیک ریزسٹرس سب کو پی سی بی پر لوپ لیئر سے جوڑا جانا چاہئے۔ یہ لوپ پرت انتہائی کم انڈکٹنٹ کرنٹ کے ساتھ واپسی کے راستے کے طور پر اور نیچے زیر بحث گرمی کی کھپت کے آلے کے طور پر استعمال کی جا سکتی ہے۔

انجیر. 3 تھرمل رکاوٹ کے طور پر ماڈیول اور پی سی بی کا سکیمیٹک ڈایاگرام۔

فیڈ بیک ریزسٹر کو بھی ماڈیول کے ایف بی (فیڈ بیک) پن کے ممکنہ حد تک قریب رکھنا چاہیے۔ 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.

Heat Dissipation Design Suggestions

ماڈیولز کی کمپیکٹ ترتیب ، برقی فوائد فراہم کرتے ہوئے ، گرمی کی کھپت کے ڈیزائن پر منفی اثر ڈالتی ہے ، جہاں مساوی طاقت چھوٹی جگہوں سے خارج ہوتی ہے۔ 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. پیڈ اندرونی MOSFEts سے انتہائی کم تھرمل رکاوٹ فراہم کرنے میں مدد کرتا ہے ، جو عام طور پر پی سی بی کو زیادہ تر حرارت پیدا کرتا ہے۔

تھرمل رکاوٹ (θJC) سیمی کنڈکٹر جنکشن سے ان آلات کے بیرونی پیکیج تک 1.9 ℃/W ہے۔ اگرچہ انڈسٹری کی معروف θJC ویلیو کا حصول مثالی ہے ، کم θJC ویلیو کوئی معنی نہیں رکھتی جب ہوا میں بیرونی پیکیج کا تھرمل مائبادا (θCA) بہت زیادہ ہو! If no low-impedance heat dissipation path is provided to the surrounding air, the heat will accumulate on the bare pad and cannot be dissipated. So what determines θCA? The thermal resistance from bare pad to air is completely controlled by the PCB design and associated heat sink.

Now for a quick look at how to design a simple PCB without fins, figure 3 illustrates the module and PCB as thermal impedance. Because the thermal impedance between the junction and the top of the outer package is relatively high compared to the thermal impedance from the junction to the bare pad, we can ignore the θJA heat dissipation path during the first estimate of the thermal resistance from the junction to the surrounding air (θJT).

گرمی کی کھپت کے ڈیزائن میں پہلا قدم یہ ہے کہ بجلی کی مقدار کو ختم کیا جائے۔ ماڈیول (PD) کے ذریعے استعمال ہونے والی طاقت کا ڈیٹا ٹیبل میں شائع ہونے والے کارکردگی گراف (η) کے ذریعے آسانی سے حساب لگایا جا سکتا ہے۔

We then use the temperature constraints of the maximum temperature in the design, TAmbient, and the rated junction temperature, TJuncTIon(125 ° C), to determine the thermal resistance required for the packaged modules on the PCB.

آخر میں ، ہم نے گرمی کی کھپت کے لیے درکار پلیٹ ایریا کا تعین کرنے کے لیے پی سی بی کی سطح پر زیادہ سے زیادہ گرمی کی منتقلی کا ایک آسان تخمینہ استعمال کیا (بغیر کسی نقصان کے 1 اونس تانبے کے پنکھوں اور اوپر اور نیچے دونوں منزلوں پر متعدد ہیٹ سنک سوراخوں کے ساتھ)۔

پی سی بی کے مطلوبہ علاقے کا تخمینہ گرمی کی کھپت کے سوراخوں کے کردار کو مدنظر نہیں رکھتا ہے جو گرمی کو اوپر کی دھات کی پرت (پیکیج پی سی بی سے جڑا ہوا ہے) سے نیچے کی دھات کی پرت میں منتقل کرتا ہے۔ نیچے کی تہہ دوسری سطح کی تہہ کے طور پر کام کرتی ہے جس کے ذریعے کنویشن پلیٹ سے حرارت منتقل کر سکتی ہے۔ کم از کم 8 سے 10 کولنگ ہولز استعمال ہونے چاہئیں تاکہ بورڈ ایریا کا تخمینہ درست ہو۔ گرمی کے سنک کی تھرمل مزاحمت درج ذیل مساوات سے لگائی جاتی ہے۔

یہ تخمینہ 12 ملی میٹر قطر کے عام تھرو ہول پر 0.5 اوز تانبے کے سائیڈ وال پر لاگو ہوتا ہے۔ زیادہ سے زیادہ ہیٹ سنک ہولز کو ننگے پیڈ کے نیچے پورے علاقے میں ڈیزائن کیا جانا چاہئے ، اور یہ ہیٹ سنک ہول 1 سے 1.5 ملی میٹر کے فاصلے کے ساتھ ایک صف بنانا چاہئے۔

اختتام

سادہ سوئچ پاور ماڈیول بجلی کی فراہمی کے پیچیدہ ڈیزائن اور DC/DC کنورٹرز سے وابستہ عام PCB ترتیب کا متبادل فراہم کرتا ہے۔ اگرچہ لے آؤٹ کے چیلنجز کو ختم کر دیا گیا ہے ، کچھ انجینئرنگ کا کام اب بھی ماڈیول کی کارکردگی کو بہتر بائی پاس اور گرمی کی کھپت کے ڈیزائن کے ساتھ کرنے کی ضرورت ہے۔