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Technologie de mise en page des PCB pour optimiser les performances des modules de puissance
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Technologie de mise en page des PCB pour optimiser les performances des modules de puissance

2022-03-11
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Author:pcb

Commencer par la disposition de l'alimentation électrique PCB board, Cet article présente la méthode de mise en page des PCB, Exemples et techniques d'optimisation des performances des modules d'alimentation. Lors de la planification de la disposition de l'alimentation électrique, La première considération est la zone physique des deux boucles de courant de commutation.. Bien que ces zones de boucle soient essentiellement invisibles dans le module d'alimentation, Il est encore important de comprendre les voies de courant respectives des deux boucles, car elles s'étendent au - delà du module.. 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), Retour au condensateur de dérivation d'entrée. Formé pendant le temps de coupure interne du MOSFET latéral haut et le temps de conduction du MOSFET latéral bas. L'énergie stockée dans l'inducteur interne retourne au GNd par le condensateur de dérivation de sortie et le MOSFET latéral bas. The region where the two loops do not overlap each other (including the boundary between the loops) is the high di/DT zone actuelle. 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, Mais il agit comme un filtre à haute fréquence pour le bruit de commutation. Pour les raisons exposées ci - dessus, Les condensateurs d'entrée et de sortie doivent être situés le plus près possible des broches vin et vout respectives du module.. Comme le montre la figure 2, L'inductance de ces connexions peut être minimisée en maintenant les traces entre les condensateurs de dérivation et leurs broches vin et vout respectives aussi courtes et larges que possible..

PCB board

Diminution PCB board Cette disposition présente deux avantages principaux:. Améliorer les performances des dispositifs en facilitant le transfert d'énergie entre CIN1 et co1. Cela garantira un bon contournement à haute fréquence du module, Réduction de la tension de crête induite à partir d'un di élevé/DT courant. Il réduit également le bruit de l'équipement et les contraintes de tension pour assurer un bon fonctionnement.. Deuxième, Réduction des interférences électromagnétiques. Les condensateurs connectés avec moins d'inductance parasitaire auront une faible impédance à haute fréquence, Pour réduire le rayonnement dirigé. Ceramic capacitors (X7R or X5R) or other low ESR type capacitors are recommended. L'ajout de condensateurs d'entrée supplémentaires n'est efficace que si les condensateurs supplémentaires sont situés à proximité des terminaux GNd et vin.. Le module d'alimentation électrique est conçu de manière unique et possède intrinsèquement un EMI à faible rayonnement et à conduction, Le respect des lignes directrices sur la mise en page des BPC présentées dans le présent document se traduira par une meilleure performance.. La planification de la trajectoire du courant de boucle est généralement ignorée, Mais il joue un rôle clé dans l'optimisation de la conception de l'alimentation électrique. En outre, Les traces de mise à la terre vers CIN1 et co1 doivent être aussi courtes et plus larges que possible., Et se connecte directement au PAD exposé, which is especially important for the input capacitor (Cin1) ground connection with high AC current. Ground pins (including exposed pads), Condensateurs d'entrée et de sortie, Condensateur de démarrage souple, Les résistances de rétroaction du module doivent être entièrement connectées à la couche de retour sur le PCB.. Cette couche de retour peut être utilisée comme chemin de retour pour un courant d'inducteur extrêmement faible ou comme dissipateur de chaleur, comme décrit ci - dessous.. The feedback resistor should also be placed as close as possible to the FB (feedback) pin of the module. Pour minimiser l'extraction potentielle du bruit à ce noeud à haute impédance, Il est essentiel de maintenir la trajectoire entre la broche FB et le robinet central de la résistance à la rétroaction aussi courte que possible.. Les éléments de compensation ou les condensateurs d'alimentation disponibles doivent être situés le plus près possible de la résistance de rétroaction supérieure..

Thermal Design Recommendations
While the compact layout of the module provides electrical benefits, Il a un effet négatif sur la conception thermique, Consommation d'énergie égale à partir de petits espaces. Compte tenu de ce qui précède,, Un grand pad exposé est conçu à l'arrière de l'emballage du module de puissance et est mis à la terre électriquement. 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. Bien qu'il soit souhaitable d'atteindre les valeurs de l'industrie, low θJC values are meaningless when the thermal impedance (θCA) of the outer package to air is too great! Pas de chemin de refroidissement à faible impédance vers l'air ambiant, the heat* cannot be dissipated on the exposed pad. Alors..., Qu'est - ce qui détermine la valeur de l'AC? La résistance thermique du PAD exposé à l'air est entièrement contrôlée par la conception des PCB et les radiateurs associés.. Découvrez rapidement comment réaliser une conception thermique simple des PCB sans radiateur, Parce que l'impédance thermique entre la jonction et le Haut de l'emballage extérieur est relativement élevée par rapport à l'impédance thermique de la jonction à la soudure du cœur du tube, in this estimate from When considering the thermal resistance (θJT) from the junction to the surrounding air, Nous pouvons ignorer le chemin de dissipation de chaleur de l’Île ja. La première étape de la conception thermique consiste à déterminer la puissance à consommer.. The power dissipated by the module (PD) can be easily calculated using the efficiency graph (η) published in the datasheet. Ensuite, nous utilisons les deux contraintes de température de conception, Tambient et température nominale de jonction, TJunction (125°C), Déterminer la résistance thermique requise pour les modules encapsulés sur les 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 couche inférieure agit comme une deuxième couche de surface à partir de laquelle la convection peut transférer la chaleur de la plaque. Pour une approximation valide de la surface du tableau:, Utiliser au moins 8 - 10 trous de passage à chaud. La résistance thermique du trou de passage à chaud est approximativement la valeur de l'équation suivante:. Cette approximation s'applique aux diamètres de 12 mils et 0.5 OZ Cu sidewall. Concevoir autant de trous de refroidissement que possible dans toute la zone sous les Pads exposés, Et faire en sorte que ces trous de refroidissement forment des réseaux espacés de 1 à 1.5 mm. Les modules d'alimentation offrent des solutions de rechange à la conception complexe de l'alimentation électrique et à la disposition typique des BPC associée au courant continu./Convertisseur DC. Et les défis de mise en page ont été surmontés, Des travaux d'ingénierie sont également nécessaires pour optimiser les performances des modules avec de bonnes performances de dérivation et de chauffage. PCB board Conception.