PCB Blogu - PCB Tahta Düzenleme Etkinliğe Dönüştürücülerin Etkileri

Bilgisayar endüstri DC-DC dönüştürücülerine taşınırken, 1V'de 200A'ye ulaşabilecek, PCB tahtası düzenleme tekniklerinin bu zorlu yeniden dönüştürücünün ihtiyaçlarını yerine getirmesi gerekiyor.. Çeşitli düzenleme defeklerinin etkilerini karşılaştırmak için, devredeki parazit etkisinin etkisine odaklanıyoruz., özellikle kaynakla bağlantılı olanlar, drain, ve MOSFET değiştirme kapısı. Bir tane inşa ettik. PCB tahtası 12V DC'de alıp 1'e dönüştüren DC-DC dönüştürücüsünü test etmek için.3V ve 20 A'ye kadar çıkış. Birleştirmek için bir eklenti tahtasını kullanıyoruz ve her MOSFET elektroda birbirine ya da birbirine benzeyebiliriz.. Özellikle tasarlanmış 2 inç tahtasının yüzdesi olarak induktans değerini kullanmayı seçtik., gerçek değer yerine, çünkü sürücü kişi sadece özel bir izlerin uzunluğunu biliyor ve buna gerek yok..

Test tasarımı

Parazitik etkinliğin etkinliğini ölçülemek için dönüştürücü etkinliğini kullanıyoruz. Çünkü etkisizlik DC-DC dönüştürücü performansı standart ölçüsü. Testin sonraki bölümlere bölünmüştür: MOSFET sürüsünün, kaynağın ve kapının proporsyonal koefitörünü ayarlayın ve dönüştürüş etkinliğini ölçerek sinkron düzeltmenin etkisini izleyin. Yukarıdaki her ikisinin birleşmesi ile, aralarındaki ilişkisini anlamak için. Yükselme testi tahtasının 43 nH induktansı var ve genellikle %0, %25, %50 ve %100 olarak ayarlanır. Deneylerimizde, induktans testi kurulundaki parazitik dirençliğin küçük etkisi var ve ihmal edilebilir. Parazitik indikatorların silahlı etkileri frekans bağlı olduğundan beri üç ön ayarlama değiştirme frekanslarında deneyledik: 300kHz, 600kHz ve 1MHz. Bu bizim tasarımın normal değiştirme frekanslarından gelecekte daha yüksek frekanslara taşınmasının ne kadar önemli olacağını görmemizi sağlar. Hepimiz biliyoruz ki elektrik devrelerinde, bütün izlerin uzunluğu voltajdan ve şu anda çalmaktan kaçırmak için kısa tutulmalıdır, geminin genel EMI'sini azaltmak ve devredeki "daha stabil" komponentlerini negatif etkilemekten kaçırmak zorundayız (özellikle analog kontrol devreleri ve bağlantı komponentleri için). Ayrıca, referans materyali, MOSFET kontrolünün kaynağı etkisinin kaynaklı bir etkisi kaynaklı düşük zamanının arttırılmasına rağmen yüksek güç dağıtılmasına ve düşük dönüştürme etkisinde olduğuna gösteriyor. Yukarıdaki fenomenlerin yanında kaynak induktans da değiştirme düğümünde çalınma sebebi olabilir.

Devre ve devre tahtalarını test edin

Kullanılan devre, a çık bir dönüşte çalışan sinkron düzeltme topoloji. Kontrol döngüsünün devre performansına etkisi olabileceği herhangi bir etkisini çözmek ve güç dönüşü etkisiyle odaklanmamızı sağlamak için, özellikle MOSFET performansına. Yüksek induktans koşulları, özellikle değiştirme düğümünde ciddi çalıntı olabileceğini biliyoruz. Kapı sürücüsü IC'lerini seçin, bu yüzüğü yanlış etkileri olmadan tolere edebilecek. Bu dört katı devre tablosu iki ounce bakra materyali kullanır ve içerideki iki katı yere ve güç uçaklarıdır. İyi sürücük kuralları sürücüğünde uygulamalı.

Kapı etkisi

Kapı induktans 300kHz'in değiştirme frekansında etkileşimliliğin etkisinde küçük etkisi var. 600kHz'in değiştirme frekansiyesinde, kapı induktansının etkisi 20A'de etkileşimliliğin %1.2 değişikliği daha fazla ifade edildi. 1MHz'de etkinliğin değerlendirmesi neredeyse tamamen kayboluyor. Bu nedeni araştırmadık ve tahmin edebiliriz ki rezonans faktörünün kaybını arttıracağı 50% ihtimali var. MOSFET kapı sürücünün rezonans fenomeni daha fazla araştırmalı. Kapının etkinliğinin kontrol ve eşzamanlı MOSFET'lerin etkinliği üzerinde küçük etkisi olmadığını izliyoruz.

Kaynak etkisi

Kaynak etkisi etkisiyle daha a çıklanan etkisi var. Bazı durumlarda, şimdiye ulaşmadan önce testi iptal etmek zorunda kaldık çünkü MOSFET sıcaklığı 130ÂC'den daha büyük. 5. görüntü MOSFET araştırmasının sonuçlarını gösteriyor. Bu sonuçların daha yakın bir denetimi gösteriyor ki, 300 kHz frekansında ve yüzde 100'lik bir denetimde DC-DC dönüştürücü tam 20A'de çalışamaz çünkü MOSFET sıcaklığı 130ÂC'den fazlasıdır. Aynı şekilde %50 induktans, 600kHz ve 1MHz ile bulunabilir. Kaynak induktans yüzünden etkinlik değerlendirmesi kaynak induktans olmadan daha şiddetli olduğunu gözlemliyor. İnduktans %50 ve ağırlık %15A olduğunda, etkileşimliliğin %7'e bile 300 kHz'in değiştirme frekansında azalır. Yüzde 100 olduğunda etkileşimlilik %11'e düşer. 600kHz ve 1MHz frekanslarının değiştirmesinde etkisi daha fazla ifade ediliyor ve etkinliğin değerlendirmesi kaynağı incelenmeden daha şiddetlidir. Açıkçası, düşük kaynaklı induktans bile etkileşimliliğini azaltır, özellikle frekansları değiştirmek için â 137kHz;¥ 600kHz.

Drain Induction Efekti

Drain induktans, MOSFET'nin aşırı koşullarda kırılmasını sağlayabilecek kadar ciddi çalıntı olabilir (3. Şekil). Ayrıca etkileşimliliğini etkileyiyor. Etkinlik, a ğırlık yükleme ve drain etkinliği farklı frekanslarda yükleme fonksiyonudur. Ayrıca, bu sonuçları izleyebiliriz: şu anda 15A, 300kHz ve %50 induktans olduğunda, testi iptal etmemiz gerekiyor çünkü MOSFET sıcaklığı 130┠Aynı frekans, yüzde 100 induktans, okuma alamadık çünkü yüzük çok ciddiydi. 300kHz'de, 12A'de, drain induktansının %50%si %0'dan daha etkili. MOSFET'nin yüksek sıcaklığı yüzünden test 15A'den yüksek olamaz. 600kHz'de, 12,5A'de, drain induktansının %50'i %0'dan az etkili. MOSFET sıcaklığı çok yüksek olduğundan beri test 12,5A üstünde yapamaz. 1MHz'de, teste MOSFET'nin yüksek sıcaklığı yüzünden 5A üstünde çalışılamaz.

Kapı kaynağının etkisi

Daha büyük kaynaklı etkileyici değerlendirecek. Kapı etkinliğinin temel bağımlılığı gösterildi. Küçük kaynakla birleştirildiğinde, genel resim oldukça a çık olur - büyük bir kapı etkinliği kesinlikle daha büyük bir güç kaybına sebep olur. Bu sonuçların yorumlaması daha fazla çalışma gerekiyor. Şimdi kurulun mantıklı etkileyici değerlerinin içinde drain ve kaynak etkileyici yüksek dönüştürücü etkileyici sağlamak için azaltılması gerektiğini söyleyebiliriz. Simülasyon sonuçları verir: Kapı ve kaynak sektörleri MOSFET'nin kapı kaynağı kapasitesine katılır. HS-FET kapı kaynağını kapatınca, kapasitör bu etkileyici yollardan yayılır. MOSFET kapatıldıktan sonra, induktans kapı akışını akışına devam etmek ve kapı kaynağı kapasitesini geri yüklemek için zorlayacak. Bu yük yine aynı şekilde yüklenecek ve HS-FET'nin kapı kaynağı voltajını döndürecek. Tüplere bağlı, HS-FET büyük kısa bir devre ile tekrar a çabilir. Etkiler böyle yüksek kapı etkisinde şiddetli olur. Bazı durumlarda, ikinci kısa devre etkisi bile görülebilir. Bu rezonant devrenin bir parçası olarak kaynak induktans da ikinci şekilde hareket edebilir. Kısa devre akışı oluştuğunda, kaynak induktans kısa devre akışının di/dt (akışın değiştirme hızı zamanında) sınırlar, bu yüzden kayıpları sınırlar. Kaynak induktans da kapı kaynağı voltajına negatif geri dönüşü ve kısa devreleri sınırlar. Bu etkiler özellikle parazitik kapı indukatörlerinin yüksek olduğu yerde oluyor. Yüksek etkileşimliliğe göre, bu etkisi tasarımla kaçırmalıdır, yani kapı etkileyici onu azaltmak için dikkatli tasarlanmalıdır.

Kaynak HS etkisi - kaynak LS induktans

Parazitik kaynağın etkinliğinin etkisini araştırdık. Sonuç olarak, kontrol FET'nin etkinliğine aynı miktarda parazit kaynağı induktans dönüşünden daha büyük bir etkisi olacak. Bu fenomenin nedeni, yavaş değiştirme kontrolü FET'nin daha fazla değiştirme kaybını sebep ediyor çünkü kontrol FET'nin VDS, dönüşüm sürecinde sinkron FET'nin (sinkron FET'nin ileri voltaj düşüşünün küçük) sinkron düşüşünden daha yüksektir. Ayrıca, FET kapısı sızdırma voltasyonuna parazitik etkisinin geri dönüşü bütün HS-FET sızdırma sızıntısına önemli bir etkisi var. Karşılaştırmaya göre, LS-FET sızdırma akışındaki parazitik kaynağın etkisi sadece parçasıdır, çünkü sinkron FET'nin vücudun diodu tarafından geçebilir.

Parallel MOSFET Etkileri

MOSFET paralel olarak bağlanıldığında, Her birinin MOSFET döngüsünün birçok durumda aynı parazit sahibi olması mümkün değil.. MOSFET sürücüsünün etkinliği üzerinde daha fazla etkinlik etkisini araştırdık.. Deneysel olarak DC-DC dönüştürücülerinde MOSFET'leri değiştirme etkinliğine parazitik etkisinin zararlı etkisini gösteriyoruz.. Sonuçlar şu şekilde: kaynak devrelerinde induktans etkisi şiddetlidir., Dönüş devrelerinde benzer bir etkisi var.. Yemeğimizde, Kapı devre etkisiyle ilgili ciddi etkiler bulamadık.. Etkileşimliliğin azaltılması dönüştürücünün değiştirme frekansiyesiyle yakın bağlı.. Etkileşimliliğin düşürmesi yük a ğırlığıyla çok ilgisi var.. Kaynak ve sürüklenme devrelerinde parazitik etkiler bulunduğunda, yüklüğü daha büyük, etkileşimliliğin düşüşünü. Bugün DC dönüştürücü uygulamalarında, Güç sistemi PCB yönlendirirken özel ilgilenmelidir., Özellikle MOSFET değiştirme çevresinde. Çoklu katı tahtasını kullanmanın avantajlarından biri, katlarda mümkün olduğunca fazla akışı batırarak parasitik dirençliği ve etkisini azaltmak.. Parazitik indukatörlük yüzünden dirençli kaybı ve kaybı azaltıyor.. Yüksek frekans DC-DC dönüştürücüleri tasarladığında, kaynak ve drain devrelerle alakalı bir sürü parazit etkisi sorunları var.. İlk olarak paket etkileyici, Ve son zamanlarda MOSFET değiştirmek için kullanılabilir.. İkinci unsur, parazit etkinliği, PCB tahtası, çoklu katı kullanarak kontrol edilmeli PCB tahtası ve izlerin incelemesini. Bu tasarımcıların daha hızlı dinamik tepki ve başarılı yüksek frekans tasarımları için daha az kapasitör kullanmasına izin verir.. Tasarım tarafından kaçınmayan parazitik etkiler sinkron FET döngüsüne taşınmalıdır çünkü sinkron FET döngüsündeki etkiler, kontrol FET döngüsindeki etkilendirmekten daha az etkilendirilir.. Not: Low duty cycles, Sinkron FET döngüsündeki parazit dirençliği etkinliğini önemli olarak azaltır.. Complex trade-offs need to be made in the design (trace width, bakra kalıntısı, etkili döngü menzili, biasing, etc..). Parallelleştirilen MOSFET'ten kaçın. MOSFET'leri paralel olarak değiştirme yolu ekstra fazlar eklemek veya daha iyi MOSFET kullanmak.. Eğer paralleleme boşa çıkamazsa, parallele MOSFET için, Elektrik simetrisi tasarımda aynı mevcut dağıtımı ve aynı değiştirme zamanı elde etmek için garanti edilmeli. PCB tahtası.