Data PCB - Teknik Bentangan PCB untuk Optimumkan Performasi Modul Kuasa

Mula dari bentangan bekalan kuasa Papan PCB, kertas ini memperkenalkan kaedah bentangan PCB, contoh dan teknik untuk optimumkan prestasi modul bekalan kuasa. Bila merancang bentangan bekalan kuasa, pertimbangan pertama ialah kawasan loop fizik bagi dua loop semasa yang ditukar. Walaupun kawasan loop ini kebanyakan tidak kelihatan dalam modul kuasa, ia masih penting untuk memahami laluan semasa kedua-dua loop semasa mereka melebihi modul. 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), dan kembali ke kondensator bypass input. terbentuk semasa MOSFET sisi tinggi dalaman dan semasa MOSFET sisi rendah. tenaga yang disimpan dalam induktor dalaman mengalir melalui kondensator bypass output dan MOSFET sisi rendah kembali ke GND. The region where the two loops do not overlap each other (including the boundary between the loops) is the high di/dt kawasan semasa. 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, tetapi ia bertindak sebagai penapis frekuensi tinggi untuk menukar bunyi. Untuk sebab-sebab di atas, kondensator input dan output sepatutnya diletakkan sebanyak mungkin dengan pin VIN dan VOUT mereka pada modul. Seperti yang dipaparkan dalam Gambar 2, induktan dari sambungan ini boleh dikurangkan dengan menyimpan jejak antara kondensator bypass dan pin VIN dan VOUT mereka sesuai dengan mungkin.

Kekurangan induktan dalam Papan PCB layout mempunyai dua keuntungan besar. Dengan mempromosikan pemindahan tenaga antara Cin1 dan CO1 untuk meningkatkan prestasi peranti. Ini akan memastikan modul mempunyai penghalangan frekuensi tinggi yang baik, mengurangi puncak tegangan induktif dari di tinggi/unit-format. Ia juga mengurangkan bunyi peranti dan tekanan tekanan untuk memastikan operasi yang betul. Kedua, untuk mengurangi EMI. Sambungan kondensator dengan inductans kurang parasit akan menunjukkan karakteristik impedance rendah kepada frekuensi tinggi, dengan itu mengurangi radiasi yang dilakukan. Ceramic capacitors (X7R or X5R) or other low ESR type capacitors are recommended. Menambah lebih banyak kondensator input hanya akan berfungsi jika kondensator tambahan ditempatkan dekat dengan terminal GND dan VIN. Modul kuasa dirancang secara unik untuk mempunyai radiasi rendah dan melaksanakan EMI, dan mengikut panduan bentangan PCB yang dipaparkan dalam artikel ini akan memberikan prestasi yang lebih tinggi. Rencanaan laluan bagi arus loop sering dilupakan, tetapi ia bermain peran utama dalam optimizasi rancangan bekalan kuasa. Selain itu, jejak tanah ke Cin1 dan CO1 sepatutnya dikurangkan dan diperbesar sebanyak mungkin, dan tersambung secara langsung ke pad yang terkena, which is especially important for the input capacitor (Cin1) ground connection with high AC current. Ground pins (including exposed pads), kondensator input dan output, kondensator permulaan-lembut, dan penangkap balas balik dalam modul sepatutnya disambung ke lapisan balas pada PCB. Lapisan kembalian ini boleh digunakan sebagai laluan kembalian untuk semasa induktor yang sangat rendah dan sebagai sink panas seperti dibahas di bawah. The feedback resistor should also be placed as close as possible to the FB (feedback) pin of the module. Untuk minimumkan ekstraksi bunyi potensi pada nod impedance tinggi ini, ia adalah penting untuk menjaga 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 resisten balas balik atas.

Thermal Design Recommendations
While the compact layout of the module provides electrical benefits, ia mempunyai kesan negatif pada desain panas, mengalirkan jumlah kuasa yang sama dari ruang yang lebih kecil. Dengan ini dalam fikiran, satu pad terbuka yang besar dirancang di belakang pakej modul kuasa dan didarat secara elektrik. 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 1.9°C/W. Sementara mencapai nilai θJC industri adalah ideal, low θJC values are meaningless when the thermal impedance (θCA) of the outer package to air is too great! Tanpa laluan pemindahan panas yang rendah ke udara sekeliling, the heat* cannot be dissipated on the exposed pad. 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 untuk melihat dengan cepat bagaimana untuk membuat rancangan panas PCB sederhana tanpa sink panas, kerana impedance panas antara persatuan dan atas pakej luar relatif tinggi dibandingkan dengan impedance panas dari persatuan ke pad mati, in this estimate from When considering the thermal resistance (θJT) from the junction to the surrounding air, kita boleh abaikan laluan penyebaran panas θJA. Langkah pertama dalam rancangan panas adalah menentukan kuasa untuk disebar. The power dissipated by the module (PD) can be easily calculated using the efficiency graph (η) published in the datasheet. Kemudian kita gunakan dua keterangan suhu desain, TAmbient dan suhu junction bernilai, TJunction (125°C), untuk menentukan resistensi panas yang diperlukan untuk modul yang dipakai pada 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. The bottom layer acts as a second surface layer from which convection can transfer heat away from the plate. Untuk pengkiraan kawasan papan yang sah, gunakan sekurang-kurangnya 8-10 kunci panas. Keperlawanan panas vias panas diharapkan oleh nilai persamaan berikut. Perkiraan ini adalah untuk lubang biasa dengan diameter 12 mils dan 0.5 oz tembaga dinding sisi. Rancangkan sebanyak mungkin lubang penyebaran panas di seluruh kawasan di bawah pad terkena, dan membuat lubang penyebaran panas ini membentuk tatangkaan dengan pitch 1 hingga 1.5mm. Modul kuasa menyediakan alternatif untuk desain bekalan kuasa kompleks dan bentangan PCB biasa yang berkaitan dengan DC/Penukar DC. Sementara cabaran bentangan telah dibuang, beberapa kerja teknik masih perlu dilakukan untuk optimize prestasi modul dengan bypass dan panas yang baik Papan PCB desain.