ทำไม PCB ถึงมีขนาดใหญ่มากสำหรับ SMPS นี้

ในการโพสต์เกี่ยวกับการกระจายความร้อนในตัวควบคุมเชิงเส้นหนึ่งคำตอบให้ smps ที่เทียบเท่ากับขาเล็ก ๆ นี้ มันเป็นคำตอบที่ยอดเยี่ยมและฉันจะสั่งให้ตัวเองซักสองสามข้อ

ฉันสงสัยว่าทำไมมีพื้นที่ว่างเหลือเกิน ดูเหมือนจะไม่ต้องการเลเยอร์เพิ่มเติม - ยกเว้นอาจเป็นพื้นดิน - และดูเหมือนว่าอาจมีขนาดกะทัดรัดกว่ามาก

มีบางสิ่งที่เกิดขึ้นที่ไม่ชัดเจนจากรูปลักษณ์ของมันหรือไม่?

แก้ไข : เพื่อให้ชัดเจนฉันไม่ใช่ OP สำหรับโพสต์ที่ลิงก์ เพียงยืมสำหรับคำถามติดตามนี้

ทองแดงทั้งหมดที่ด้านหลัง (ซ้ายสุดของภาพทั้งสามของคุณ) ทำหน้าที่เป็นแผงระบายความร้อนสำหรับ IC สวิทช์

หากคุณอ่านเอกสารข้อมูลทางเทคนิคสำหรับ IC ชนิดนี้พวกเขามักจะระบุพื้นที่ของทองแดงที่จะเชื่อมต่อกับพิน (หรืออาจจะเป็นแรงดันไฟฟ้าขาเข้า) เพื่อให้ความร้อนที่เพียงพอ

เนื่องจากคุณดูเหมือนจะเป็นมือใหม่สำหรับ switchers ฉันจะให้ข้อมูลเล็กน้อย ก่อนอื่นอย่าออกแบบสิ่งใดจนกว่าคุณจะรู้ว่าคุณกำลังทำอะไรอยู่ มันไม่ใช่เวทย์มนตร์ดำ แต่เป็นเรื่องง่ายที่จะทำเครื่องกำเนิดเสียงย่านความถี่กว้างถ้าคุณทำผิดพลาด ไปที่ DigiKey แทนคลิกคลิก ...

ดัชนีผลิตภัณฑ์> พาวเวอร์ซัพพลาย - ตัวยึดบอร์ด> ตัวแปลง DC DC

ในสต็อก: 6,573

โว้ว! ใช่พวกเขาค่อนข้างเป็นที่นิยม การซื้อตัวสลับ readymade จะช่วยประหยัดเวลาในการออกแบบและคุณสามารถมั่นใจได้ว่ามันจะใช้งานได้อย่างสมเหตุสมผล มีวัตถุส่งออกคงที่หรือปรับได้ (เพียงเพิ่มตัวต้านทานข้อเสนอแนะ)

ตัวอย่างเช่น: อันนี้ทำในสิ่งที่คุณต้องการและราคาถูก!

ต้องการ 3.3V จาก 5V ของคุณไหม ตรวจสอบนี้

มันเป็นเทคโนโลยีชั้นสูงคุณมีแคป 2 อันสีดำคือชิปตัวแปลงและเนื่องจากมันทำให้ Murata ของฉันทุกอย่างอยู่บนเฟอร์ไรต์หลายชั้นซึ่งทำหน้าที่เป็นทั้งตัวเหนี่ยวนำ PCB และฐานติดตั้ง สิ่งทั้งหมดนั้นใช้ขนาด 3.5 มม. x 3.5 มม.

ทีนี้ดูเหมือนว่าคุณจะรู้สึกประทับใจกับ LM2596 ลองดูอันนี้กัน:

• อายุประมาณ 20 ปี มันเปลี่ยนความถี่ที่วันนี้จะถือว่าค่อนข้างต่ำ (150 kHz) ดังนั้นมันจะต้องมีการเหนี่ยวนำและค่าตัวเก็บประจุที่สูงขึ้นดังนั้นขนาดของโซลูชั่นที่สมบูรณ์จะยิ่งใหญ่
• อีกทั้งยังใช้สวิตช์ขั้วสองขั้ว NPN แทน NMOS ที่ทันสมัยกว่าดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพน้อยกว่าและแรงดันไฟฟ้าอินพุตจะต้องสูงกว่าแรงดันเอาท์พุทด้วยแรงดันไฟฟ้าไม่กี่โวลต์
• มันไม่ได้เป็นแบบซิงโครนัส (สวิตช์ด้านล่างเป็นไดโอดและไม่ใช่ NMOS อื่น) ดังนั้นประสิทธิภาพที่แรงดันไฟฟ้าต่ำเอาท์พุทเมื่อไดโอดดำเนินการส่วนสำคัญของช่วงเวลาทั้งหมดจะต่ำกว่าด้วยการออกแบบแบบซิงโครนัส นอกจากนี้ ... คุณต้องเพิ่ม power diode เข้ากับบอร์ดของคุณทำให้มันเย็นลง ฯลฯ

เปรียบเทียบขนาดโซลูชัน (ประมาณกระแสเท่ากัน) ระหว่าง LM2596 และชิปที่ทันสมัยกว่า ความถี่ที่สูงขึ้นทำให้ตัวเหนี่ยวนำและแคปเหล่านั้นหดตัว

ตอนนี้โปรดอย่าคิดว่าฉันกำลังพูดว่า LM2596 เป็นอึ มันเป็นการออกแบบที่เก่า แต่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความแข็งแกร่งและใช้งานได้ พวกเขายังขายตันได้ แต่อย่าใช้มันในอุปกรณ์พกพา / แบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น

นอกจากนี้หากคุณซื้อโมดูล cheapo แบบนั้นจาก fleabay ให้แบ่งรายละเอียดทั้งหมดด้วย 2 หรือ 3 คุณสามารถเดิมพันแคปอิเล็กโทรไลต์เหล่านั้นบนโมดูลด้านขวาไม่ได้คือ 105 ° C อายุการใช้งานยาวนาน ESR ต่ำ ที่มีคุณภาพสูง แต่ค่อนข้างอึที่ถูกที่สุดที่พวกเขาจะได้รับ

ตอนนี้ EzSBC ที่คุณโพสต์ ฉันจะไม่ซื้ออันนั้น ก่อนเค้าโครงไม่ดี ดูที่พื้นจุดสูงสุดของหมวก หรือค่อนข้างจุดจบที่ควรมี แต่ไม่ได้อยู่ที่นั่น คุณสามารถคาดหวังสัญญาณรบกวน HF พิเศษในผลลัพธ์เมื่อเทียบกับเค้าโครงที่ดี นี่ทำให้ฉันคิดว่านักออกแบบไม่คุ้นเคยกับสวิตช์มันเหมือนงานด้านหรืออะไรบางอย่าง

นอกจากนี้มันแพงกว่า 2x ที่ฉันโพสต์ซึ่งมาจาก บริษัท ที่มีชื่อเสียงซึ่งสามารถสันนิษฐานได้ว่ารู้ว่าพวกเขากำลังทำอะไร ลองใช้Guata Power SolutionsหรือTraco Power Modules ที่ Farnell / Mouser เป็นต้น

โดยทั่วไปให้ตรวจสอบ "ตัวแปลง DC-DC ที่เมาท์บอร์ด" ที่ตัวแทนจำหน่ายออนไลน์ที่คุณชื่นชอบ ...

รายละเอียด:

• การเปลี่ยนตกของ LM7805 3 ขั้วหรือตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นเทียบเท่า
• รับประกัน 1A กระแสไฟขาออก
• ช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตกว้างถึง 4.5V ถึง 17V
• ประสิทธิภาพสูงมากกว่า 70% สำหรับโหลดที่มากกว่า 1mA ประสิทธิภาพสูงสุดทำได้ 90% ที่กระแสโหลด 300mA
• การหยุดความร้อนและการป้องกันขีด จำกัด ปัจจุบัน

ดังนั้นหากใช้เพียง 300mA ที่ 5V ออกหรือ 1.5W จะต้องกระจายการสูญเสีย 10% หรือ 150mW เท่านั้น แต่ถ้าใช้ 1A หรือ 5W และสเป็คอยู่ระหว่าง 70% ถึง 90% การสูญเสียอาจเป็น 20% + / -? หรือ 1W +/-? จากนั้นคุณต้องพิจารณาวิธีการฮีทซิงค์ด้วยเทปความร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจรไปยังฮีทซิงค์หรือแชสซีขนาดเล็ก

แต่ลองพิจารณาตัวควบคุมเชิงเส้น 7805 ด้วยแรงดันอินพุต 7V ลดลงจาก 12V ถึง 5V ที่ 1A โหลดเป็น 5W แต่การสูญเสียตัวควบคุมเป็น 7W !! ดังนั้นนี่จึงมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ขึ้นอยู่กับการใช้งานของคุณคุณอาจต้องใช้ฮีทซิงค์ที่มีคลิปแบบไม่เหนี่ยวนำเพื่อให้แน่ใจว่าแรงกดสัมผัสเพื่อบีบเทปนำความร้อน 3M ให้กับสเป็คบางอย่างในแผ่นข้อมูล

แต่แล้วอีกครั้งพวกเขาจะถูกดังนั้นถ้า 1W ทำงานที่ 90'C = Tjcn สำหรับพื้นที่ของทองแดงนี้ (สมมติฐานจากประสบการณ์) อาจเผานิ้วของคุณและไม่นาน แต่ฉันบอกว่าพวกเขาราคาถูก?