Pourquoi le PCB est-il si gros sur ce SMPS?

13

Dans un article sur la dissipation thermique dans un régulateur linéaire, une réponse a fourni ce joli petit smps équivalent à une broche. C'était une excellente réponse, et j'en commanderai probablement moi-même.

smps

Je me demande cependant, pourquoi y a-t-il autant d'espace vide? Il ne semble pas avoir besoin de couches supplémentaires - sauf peut-être un sol - et il semble qu'il pourrait être beaucoup plus compact.

Y a-t-il quelque chose qui n'est pas évident d'après son apparence?

edit : pour être clair, je n'étais pas l'OP pour le poste lié. Il suffit de l'emprunter pour cette question de suivi.

Blair Fonville
la source

Réponses:

24

Tout ce cuivre à l'arrière (le plus à gauche de vos trois images) agit comme un dissipateur de chaleur pour le circuit intégré de commutation.

Si vous lisez les fiches techniques de ce type de CI, elles spécifient souvent une certaine zone de cuivre à connecter à la broche de masse (ou éventuellement de tension d'entrée) pour assurer une dissipation thermique adéquate.

Le photon
la source
Eh bien, c'était facile, merci. Je ne les ai pas utilisés auparavant, mais vous entendez si souvent à quel point ils sont efficaces, j'ai pensé qu'ils resteraient assez cool. J'avais donc par erreur exclu la chaleur.
Blair Fonville
11
Ils sont beaucoup plus efficaces qu'un régulateur linéaire, mais 10% de 5 W (la puissance maximale de cette partie) est toujours de 500 mW, et cela suffit pour chauffer une petite puce si vous ne faites rien il.
The Photon
2
Comme dit, 500mW n'est pas beaucoup, mais étant donné le petit volume, la résistance thermique (degrés augmentés / watt) sera assez élevée. Il peut servir de référence que la résistance de trou traversant typique est évaluée à 1/8 de watt, et qu'une résistance d'un demi-watt est en effet "grande".
Andrés
14

Puisque vous semblez être nouveau dans les commutateurs, je vais vous donner quelques informations. Tout d'abord, n'en concevez pas à moins de savoir ce que vous faites. Ce n'est pas de la magie noire, mais il est facile de créer un générateur de bruit RF à large bande si vous vous trompez. Passons à DigiKey à la place, cliquez sur cliquez ...

Index des produits> Alimentations électriques - Montage sur carte> Convertisseurs DC DC

En inventaire: 6 573

Whoa! Oui, ils sont assez populaires. L'achat d'un mélangeur prêt à l'emploi fait gagner du temps de conception, et vous pouvez être raisonnablement sûr que cela fonctionnera. Il existe des sorties fixes ou réglables (il suffit d'ajouter les résistances de rétroaction).

Par exemple: celui-ci fait ce que vous voulez , et pas cher!

Vous voulez du 3,3V de votre 5V? Découvrez celui-ci .

entrez la description de l'image ici

C'est assez high-tech, vous avez 2 bouchons, le truc noir est la puce du convertisseur, et comme c'est mon Murata, tout repose sur une ferrite multicouche qui agit à la fois comme inducteur, PCB et base de montage. Le tout prend 3,5 mm x 3,5 mm.

Maintenant, vous semblez être impressionné par LM2596, regardons celui-ci:

  • Il a environ 20 ans. Il commute à une fréquence qui serait aujourd'hui considérée comme assez faible (150 kHz), il nécessitera donc des valeurs d'inductance et de condensateur plus élevées, de sorte que la taille de la solution complète sera volumineuse.
  • Il utilise également un commutateur bipolaire NPN au lieu d'un NMOS plus moderne, il sera donc moins efficace et la tension d'entrée devra être supérieure à la tension de sortie de quelques volts.
  • Il n'est pas synchrone (l'interrupteur inférieur est une diode et non un autre NMOS), donc l'efficacité à de faibles tensions de sortie, lorsque la diode conduit une partie importante de toute la période, sera inférieure à celle d'une conception synchrone. Aussi ... vous devez ajouter une diode d'alimentation à votre carte, la refroidir, etc.

Comparez la taille de la solution (pour environ le même courant) entre le LM2596 et les puces plus modernes. Une fréquence plus élevée rétrécit vraiment ces inductances et ces bouchons!

entrez la description de l'image ici

Maintenant, ne pensez pas que je dis que LM2596 est de la merde. C'est une conception ancienne, mais éprouvée, robuste et cela fonctionne. Ils en vendent encore des tonnes. Mais ne l'utilisez pas dans des appareils portables / alimentés par batterie où un peu d'efficacité supplémentaire est agréable.

De plus, si vous achetez des modules bon marché comme celui-ci auprès de Fleabay, divisez toutes les spécifications par 2 ou 3. Vous pouvez parier que ces bouchons électrolytiques sur le module de droite ne seront pas les 105 ° C, longue durée de vie, faible ESR, ceux de haute qualité mais plutôt la merde la moins chère qu'ils pouvaient obtenir.

Maintenant, celui d'EzSBC que vous avez publié. Eh bien, je n'achèterais pas celui-là. Tout d'abord, la mise en page est mauvaise. Regardez les vias au sol des bouchons. Ou plutôt, les vias qui devraient être là, mais qui ne sont pas là. Vous pouvez vous attendre à un bruit HF supplémentaire dans la sortie, par rapport à une bonne disposition. Cela me fait penser que le concepteur n'est pas vraiment familier avec les commutateurs, c'est comme un travail secondaire ou quelque chose.

En outre, elle est 2x plus chère que celle que j'ai publiée, qui provient d'une entreprise réputée qui peut être supposée savoir ce qu'elle fait. Découvrez des gars comme Murata Power Solutions , ou des modules Traco Power chez Farnell / Mouser, etc.

En gros, vérifiez les "convertisseurs DC-DC montés sur carte" chez votre revendeur en ligne préféré ...

peufeu
la source
6
Tous de bons points, mais quelque peu tangibles au besoin immédiat du PO pour un remplacement sans rendez-vous pour un TO-220. De plus, je ne pense pas que votre critique de l'EzSBC soit entièrement justifiée. Il y a exactement 5 vias, tous connectés directement directement à la coulée de terre arrière. Les coulées côté composants sont les rails d'entrée et de sortie. La connexion de terre la plus longue est celle du capuchon de découplage d'entrée. La puce est placée très haut sur la carte afin de la placer dans le meilleur flux d'air disponible. Tout bien considéré, ce n'est pas une mauvaise disposition.
Dave Tweed
6

spécifications:

  • Remplacement direct du régulateur LM7805 à 3 bornes ou d'un régulateur de tension linéaire équivalent.
  • Courant de sortie 1A garanti
  • Large plage de tension d'entrée jusqu'à 4,5 V à 17 V
  • Haute efficacité, supérieure à 70% pour des charges supérieures à 1 mA, efficacité maximale atteinte de 90% à un courant de charge de 300 mA.
  • Arrêt thermique et protection de limite de courant

Ainsi, si vous n'utilisez que 300 mA à 5 V ou 1,5 W, il ne doit dissiper que 10% de perte ou 150 mW. Mais si l'utilisation de 1A ou 5W et de la spécification se situe entre 70% et 90%, les pertes pourraient être de 20% +/-. ou 1W +/-? alors vous devez considérer comment le dissiper avec un ruban thermique pour éviter de court-circuiter les vias à un petit dissipateur ou châssis.

Mais considérons le régulateur linéaire 7805 avec une chute de tension d'entrée de 7V de 12V à 5V, à 1A la charge est de 5W mais la perte du régulateur est de 7W !! , c'est donc beaucoup plus efficace.

Ainsi, selon votre application, vous pourriez avoir besoin d'un dissipateur thermique avec un clip non conducteur pour assurer la pression de contact à presser, par exemple un ruban conducteur thermique 3M selon certaines spécifications de la fiche technique.

mais là encore, ils sont bon marché, donc si 1 W fonctionne à 90 ° C = Tjcn pour cette zone de cuivre, (hypothèse basée sur l'expérience), cela peut vous brûler le doigt et ne pas durer aussi longtemps, mais ai-je dit qu'ils étaient bon marché?

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
la source
Je cherchais pour en acheter quelques-uns tout à l'heure, et je suis tombé sur ceci: LM2596. C'est fou. 3 ampères, la taille d'un régulateur linéaire, une plage d'entrée énorme réglable et sa température de fonctionnement maximale est de 125 ° C. Il fondrait à travers une planche à pain assez rapide s'il était autorisé, mais si polyvalent. Il a même un interrupteur d'alimentation! ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf
Blair Fonville
Une grande différence dans la taille du commutateur de zone active pour un TO-220, et la puissance nominale, Pd et sa résistance RdsOn réciproque permettent un courant plus élevé. Mais si la soudure ne fait pas fondre une planche, 125 ° C non plus, mais la loi d'Arrhenius accélérera le taux de vieillissement 2x par 10 ~ 12 ° C au-dessus de la température ambiante, mais peut éventuellement vous brûler le doigt si 20% de perte à 25 W
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
bonne info. Merci. Pour être clair, j'ai dit que ça ferait fondre une planche à pain, pas une carte imprimée.
Blair Fonville
peut-être pas, la planche à pain, car les contacts flottent du plastique et les contacts BB ne reçoivent pas autant de chaleur des fils. Mais là encore, tout est possible. Le polystyrène fond assez bas à 180 ° C
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75