Blog de PCB - Tecnología de diseño de PCB para optimizar el rendimiento del módulo de potencia

Comenzando con el diseño de la fuente de alimentación PCB Board, Este artículo introduce el método de diseño de PCB, Ejemplos y técnicas para optimizar el rendimiento del módulo de potencia. Planificación de la distribución de la energía, En primer lugar, se considera el área del bucle físico de dos bucles de corriente de conmutación.. Aunque estas áreas de bucle son básicamente invisibles en el módulo de potencia, La comprensión de las rutas actuales de los dos bucles sigue siendo importante porque se extienden más allá del módulo. The current self-conducting input bypass capacitor (Cin1) passes through the high-side MOSFET during the continuous on-time of the MOSFET, reaches the internal inductor and the output bypass capacitor (CO1), Y volver al condensador de derivación de entrada. Formado durante el tiempo de corte de los mosfets laterales altos internos y el tiempo de conducción de los mosfets laterales Bajos. La energía almacenada en el inductor interno fluye de vuelta a gnd a través del condensador de derivación de salida y MOSFET de lado bajo. The region where the two loops do not overlap each other (including the boundary between the loops) is the high di/Región de corriente DT. The input bypass capacitor (Cin1) plays a key role in supplying high frequency current to the converter and returning it to its source path. The output bypass capacitor (Co1) does not carry as much AC current, Pero actúa como filtro de alta frecuencia para el ruido de conmutación. Por las razones expuestas anteriormente, Los condensadores de entrada y salida deben estar lo más cerca posible de los respectivos Pines vin y vout en el módulo. Como se muestra en la figura 2, La Inductancia de estas conexiones se puede minimizar manteniendo el rastro más corto y ancho posible entre los condensadores de derivación y sus respectivos Pines vin y vout.

Disminución PCB Board Este diseño tiene dos beneficios principales. Mejorar el rendimiento del dispositivo mediante la promoción de la transferencia de energía entre cin1 y co1. Esto asegurará que el módulo tenga un buen Bypass de alta frecuencia, Reducción del pico de tensión inducida de alta di/Corriente DT. También reduce el ruido y el estrés de tensión del equipo para asegurar un funcionamiento correcto. Segundo, Reducción de la interferencia electromagnética. Un condensador conectado con menos Inductancia parasitaria mostrará baja impedancia a alta frecuencia, Para reducir la radiación conductora. Ceramic capacitors (X7R or X5R) or other low ESR type capacitors are recommended. Añadir más condensadores de entrada sólo es válido si los condensadores adicionales están cerca de los terminales gnd y vin. El módulo de potencia está diseñado de manera única, con baja radiación y EMI conductor inherente, Seguir las directrices de diseño de PCB presentadas en este artículo dará lugar a un mayor rendimiento. La planificación de la trayectoria de la corriente del bucle es generalmente ignorada, Sin embargo, desempeña un papel clave en la optimización del diseño de la fuente de alimentación.. Además, Las trazas de tierra a cin1 y co1 deben acortarse y ampliarse en la medida de lo posible., Y conectado directamente a la almohadilla expuesta, which is especially important for the input capacitor (Cin1) ground connection with high AC current. Ground pins (including exposed pads), Condensadores de entrada y salida, Condensador de arranque suave, La resistencia de retroalimentación en el módulo debe estar totalmente conectada a la capa de retorno en el PCB. La capa de retorno se puede utilizar como ruta de retorno para corrientes de inductores extremadamente bajas o como disipador de calor, como se describe a continuación. The feedback resistor should also be placed as close as possible to the FB (feedback) pin of the module. Para minimizar la extracción de ruido potencial en este nodo de alta Impedancia, Es esencial mantener la trayectoria lo más corta posible entre el pin FB y el grifo central de la resistencia de retroalimentación. Los elementos compensadores o condensadores de alimentación disponibles deben estar lo más cerca posible de la resistencia de retroalimentación superior.

Thermal Design Recommendations
While the compact layout of the module provides electrical benefits, Tiene un efecto negativo en el diseño térmico, Consumir la misma cantidad de energía de un espacio más pequeño. Teniendo esto en cuenta, La parte posterior del paquete del módulo de potencia está diseñada con una gran almohadilla expuesta y puesta a tierra eléctrica.. This pad helps provide very low thermal impedance from the internal MOSFET (which usually generates most of the heat) to the PCB. The thermal impedance (θJC) from the semiconductor junction to the outer package of these devices is 1.9c/W. Aunque alcanzar el valor JC de la industria es ideal, low θJC values are meaningless when the thermal impedance (θCA) of the outer package to air is too great! Ruta de disipación de calor de baja impedancia sin aire ambiente, the heat* cannot be dissipated on the exposed pad. Así que..., ¿Qué determina exactamente el valor de ca?? La resistencia térmica de la almohadilla expuesta al aire está totalmente controlada por el diseño de PCB y el radiador asociado. Ahora aprenda rápidamente cómo hacer un diseño térmico simple de PCB sin radiador, Debido a que la resistencia térmica entre la Unión y la parte superior del embalaje exterior es relativamente alta en comparación con la resistencia térmica de la Unión a la almohadilla del núcleo del tubo, in this estimate from When considering the thermal resistance (θJT) from the junction to the surrounding air, Podemos ignorar la trayectoria de disipación de calor de la isla, ja. El primer paso en el diseño térmico es determinar la Potencia a consumir. The power dissipated by the module (PD) can be easily calculated using the efficiency graph (η) published in the datasheet. Luego utilizamos las dos restricciones de temperatura del diseño, Tambient y temperatura nominal de unión, TJunction (125°C), Determinación de la resistencia térmica necesaria para los módulos encapsulados en PCB. We use a simplified approximation of convective heat transfer from the surface of a PCB (with undamaged one-ounce copper heat sinks and numerous thermal vias on both the top and bottom layers) to determine the board area required for heat dissipation. The required PCB area approximation does not take into account the role of thermal vias that transfer heat from the top metal layer (where the package is connected to the PCB) to the bottom metal layer. La capa inferior actúa como una segunda capa superficial desde la cual la convección puede transferir calor de la placa. Para una aproximación válida del área del tablero:, Use al menos 8 - 10 agujeros de calor. La resistencia térmica del orificio térmico es aproximadamente la siguiente ecuación:. Esta aproximación se aplica a los diámetros de 12 mils y 0.Pared lateral de 5 onzas de cobre. Diseño de tantos agujeros de disipación de calor como sea posible en toda la zona bajo almohadillas expuestas, Y hacer que estos agujeros de disipación de calor formen una matriz espaciada de 1 a 1.5 mm. El módulo de potencia proporciona una alternativa al diseño complejo de la fuente de alimentación y al diseño típico de PCB relacionado con DC/Convertidor DC. Y el desafío de diseño ha sido eliminado, También es necesario realizar algunos trabajos de ingeniería para optimizar el rendimiento de los módulos con buenas propiedades de bypass y calor. PCB Board Diseño.