Berita PCB - Teknologi bentangan PCB untuk prestasi modul kuasa

Teknologi bentangan PCB untuk optimumkan prestasi modul kuasa Masalah kekurangan tenaga global telah menyebabkan kerajaan di seluruh dunia untuk melaksanakan dengan kuasa kebijakan penyimpanan tenaga baru. Standard penggunaan tenaga produk elektronik semakin ketat dan ketat. Untuk insinyur rancangan bekalan kuasa, bagaimana untuk merancang efisiensi yang lebih tinggi dan bekalan kuasa prestasi yang lebih tinggi adalah satu cabaran abadi. Mulai dari bentangan papan bekalan kuasa PCB, artikel ini memperkenalkan kaedah bentangan PCB terbaik, contoh dan teknik untuk optimasi prestasi modul bekalan kuasa SIMPLE SWITCHER.

Apabila merancang bentangan bekalan kuasa, perkara pertama yang perlu dipertimbangkan ialah kawasan loop fizikal dua loop semasa ditukar. Walaupun kawasan loop ini pada dasarnya tidak kelihatan dalam modul kuasa, ia masih penting untuk memahami laluan semasa kedua-dua loop kerana ia akan melampaui modul. Dalam gelung 1, kondensator bypass input yang mengalir sendiri semasa (Cin1) melewati MOSFET semasa pada masa terus menerus MOSFET sisi tinggi, mencapai induktor dalaman dan kondensator bypass output (CO1), dan akhirnya kembali ke kondensator bypass input.

Loop 2 dibentuk semasa off-time bagi MOSFET sisi tinggi dalaman dan pada-masa MOSFET sisi rendah. tenaga yang disimpan dalam induktor dalaman mengalir melalui kondensator bypass output dan MOSFET sisi rendah, dan akhirnya kembali ke GND. Kawasan di mana dua gelung tidak meliputi satu sama lain (termasuk sempadan antara gelung) adalah kawasan semasa di/dt tinggi. Kondensator bypass input (Cin1) bermain peran kunci dalam menyediakan semasa frekuensi tinggi kepada penyukar dan mengembalikan semasa frekuensi tinggi ke laluan sumbernya.

Kondensator bypass output (Co1) tidak membawa semasa AC besar, tetapi ia bertindak sebagai penapis frekuensi tinggi untuk menukar bunyi. Oleh sebab-sebab di atas, kapasitor input dan output pada modul patut ditempatkan sebanyak mungkin dengan pin VIN dan VOUT mereka. Jika jejak diantara kondensator bypass dan pin VIN dan VOUT mereka berkurang dan diperbesar sebanyak mungkin, induktan yang dijana oleh sambungan ini boleh dikurangkan.

Mengurangkan induktan dalam bentangan PCB mempunyai dua keuntungan utama berikut. Pertama, meningkatkan prestasi komponen dengan mempromosikan pemindahan tenaga antara Cin1 dan CO1. Ini akan memastikan modul mempunyai bypass frekuensi tinggi yang baik dan minimumkan puncak tensi induktif yang dijana oleh arus di/dt tinggi. Pada masa yang sama, bunyi peranti dan tekanan tekanan boleh diminumkan untuk memastikan operasi normal. Kedua, minimum EMI.

Sambungan kondensator dengan kurang induktan parasit akan menunjukkan ciri-ciri impedance rendah kepada frekuensi tinggi, dengan itu mengurangkan radiasi yang dilakukan. Ia dicadangkan untuk menggunakan kondensator keramik (X7R atau X5R) atau kondensator ESR rendah lainnya. Hanya apabila kapasitasi tambahan ditempatkan dekat dengan terminal GND dan VIN, kapasitasi input tambahan boleh berkesan. Modul kuasa SIMPLE SWITCHER dirancang unik untuk mempunyai radiasi rendah dan dilakukan EMI. Ikut panduan bentangan PCB yang diperkenalkan dalam artikel ini untuk mencapai prestasi yang lebih tinggi.

Rencana laluan semasa loop sering dilupakan, tetapi ia bermain peran kunci dalam optimizasi rancangan bekalan kuasa. Selain itu, jejak pendaratan antara Cin1 dan CO1 patut dikurangkan dan diperbesar sebanyak mungkin, dan tersambung secara langsung ke pad yang terkena. Ini sangat penting untuk sambungan tanah kondensator input (Cin1) dengan arus AC yang besar.

Pin terendah (termasuk pad terkena), kondensator input dan output, kondensator permulaan-lembut, dan resistor balas balik dalam modul sepatutnya disambung ke lapisan sirkuit pada PCB. Lapisan loop ini boleh digunakan sebagai laluan kembali dengan arus induktor yang sangat rendah dan sebagai sink panas yang akan dibahas di bawah.

Penegang balas balik juga patut ditempatkan sebanyak mungkin kepada pin FB (balas balik) modul. Untuk minimumkan ekstraksi bunyi potensi pada nod impedance tinggi ini, penting untuk menyimpan jejak antara pin FB dan tekan tengah penentang balas balik secepat mungkin. Komponen pembayaran yang ada atau kondensator pasukan balik patut ditempatkan sebanyak mungkin kepada resistor balas balik atas. Contohnya, sila rujuk ke diagram bentangan PCB yang diberikan dalam helaian data modul berkaitan.

Rekomendasi desain panas

Bentangan kompat modul membawa keuntungan dalam medan elektrik, tetapi juga mempunyai kesan negatif pada rancangan penyebaran panas. Kuasa yang sama hilang dari ruang yang lebih kecil. Mengingat masalah ini, satu pad terbuka besar dirancang di belakang pakej modul kuasa SIMPLE SWITCHER, yang didarat secara elektrik. Pad ini membantu menyediakan perlahan panas yang sangat rendah dari MOSFET dalaman (yang biasanya menghasilkan sebahagian besar panas) ke PCB.

Impedasi panas (θJC) dari sambungan setengah konduktor ke pakej luar peranti ini adalah 1.9°C/W. Walaupun ia adalah ideal untuk mencapai nilai θJC yang memimpin industri, apabila resistensi panas (θCA) dari pakej ke udara terlalu besar, nilai θJC rendah tidak bermakna! Jika laluan penyebaran panas yang rendah-impedance tidak disediakan ke udara sekitar, panas akan * tidak dapat disediakan pad a pad yang terkena. Jadi, apa yang menentukan nilai θCA? Penegangan panas dari pad yang terkena ke udara dikendalikan sepenuhnya oleh rancangan PCB dan sink panas yang berkaitan.

Sekarang mari kita faham dengan cepat bagaimana untuk melakukan rancangan penyebaran panas PCB sederhana tanpa sink panas. Figure 3 menunjukkan modul dan PCB sebagai impedance panas. Berbanding dengan perlawanan panas dari persimpangan ke pad mati, kerana perlawanan panas antara persimpangan dan atas pakej luar relatif tinggi, kita boleh abaikan perlawanan panas (θJT) dari persimpangan ke udara sekeliling untuk pertama kali laluan penyebaran panas θJA.

Langkah pertama dalam rancangan panas adalah untuk menentukan kuasa yang akan hilang. Kuasa (PD) yang dikonsumsi oleh modul boleh dihitung dengan mudah menggunakan graf efisiensi (η) yang diterbitkan dalam helaian data.

Kemudian, kita gunakan dua keterangan suhu TAmbient suhu maksimum desain dan suhu junction rated TJunctiON (125°C) untuk menentukan resistensi panas yang diperlukan dari modul yang dikemaskan pada PCB.

Akhirnya, kita menggunakan pengiraan yang paling mudah bagi pemindahan panas konvektif di permukaan PCB (kedua-dua lapisan atas dan bawah dengan sink panas tembaga satu ons yang tidak rusak dan tidak terdapat lubang penyebaran panas) untuk menentukan kawasan papan yang diperlukan untuk penyebaran panas.

Kawasan PCB yang diperlukan tidak mempertimbangkan peran lubang penyebaran panas, yang memindahkan panas dari lapisan logam atas (pakej disambung ke PCB) ke lapisan logam bawah. Lapisan bawah berkhidmat sebagai lapisan permukaan kedua, dari mana konveksi boleh memindahkan panas dari papan. Untuk kawasan papan kira-kira berkesan, sekurang-kurangnya 8 hingga 10 lubang penyebaran panas mesti digunakan. Penegangan panas lubang penyebaran panas adalah kira-kira kepada nilai persamaan berikut.

Perkiraan ini berlaku pada lubang yang biasa dengan diameter 12 mil dan dinding sisi tembaga 0.5 ons. Rancangkan sebanyak mungkin lubang penyebaran panas di seluruh kawasan di bawah pad yang terkena, dan membuat lubang penyebaran panas ini membentuk satu tatapan dengan jangkauan 1 hingga 1,5 mm.

dalam kesimpulan

Modul kuasa SIMPLE SWITCHER menyediakan alternatif untuk desain bekalan kuasa kompleks dan bentangan PCB biasa berkaitan dengan penyukar DC/DC. Walaupun masalah bentangan telah dibuang, beberapa kerja rancangan teknikal masih perlu selesai untuk optimumkan prestasi modul dengan rancangan bypass dan dissipasi panas yang baik.