Por que o PCB é tão grande neste SMPS?

13

Em um post sobre dissipação de calor em um regulador linear, uma resposta forneceu esses pequenos smps equivalentes a pinos. Foi uma ótima resposta, e provavelmente vou pedir algumas.

smps

Estou me perguntando, por que há tanto espaço vazio? Parece não precisar de camadas extras - exceto talvez um terreno - e parece que poderia ser muito mais compacto.

Existe algo acontecendo que não é óbvio em sua aparência?

edit : para ser claro, eu não era o OP do post vinculado. Apenas emprestando-o para esta pergunta de acompanhamento.

Blair Fonville
fonte

Respostas:

24

Todo esse cobre na parte traseira (a mais à esquerda das três fotos) está atuando como um dissipador de calor para o CI de comutação.

Se você ler as folhas de dados para esse tipo de IC, elas geralmente especificarão uma determinada área de cobre a ser conectada ao pino de aterramento (ou possivelmente a tensão de entrada) para fornecer dissipação de calor adequada.

O fóton
fonte
Bem, isso foi fácil, obrigado. Eu não os usei antes, mas você ouve com frequência a eficiência deles, imaginei que ficariam bem legais. Então, por engano, descartei o calor.
Blair Fonville
11
Eles são muito mais eficientes do que um regulador linear, mas 10% de 5 W (a potência máxima desta peça) ainda é de 500 mW e isso é suficiente para aquecer um chip minúsculo muito bem se você não fizer algo a respeito. isto.
O Photon
2
Como dito, 500mW não é muito, mas, devido ao pequeno volume, a resistência térmica (graus aumentados / watt) será bastante alta. Pode servir como referência que o típico resistor de furo passante é classificado para 1/8 de um watt e um resistor de meio watt é realmente "grande".
Andrés
14

Já que você parece novato em comutadores, darei algumas informações. Primeiro, não crie um, a menos que você saiba o que está fazendo. Não é magia negra, mas é fácil criar um gerador de ruído de banda larga RF, se você errar. Vamos para o DigiKey, clique em clique ...

Índice de Produtos> Fontes de alimentação - suporte de quadro> Conversores DC DC

Em estoque: 6,573

Uau! Sim, eles são bastante populares. A compra de um switcher pronto economiza tempo de design e você pode ter certeza de que funcionará. Existem saídas fixas ou ajustáveis ​​(basta adicionar os resistores de feedback).

Por exemplo: este faz o que você quer e barato!

Quer alguns 3.3V do seu 5V? Confira este .

insira a descrição da imagem aqui

É de alta tecnologia, você tem 2 cápsulas, o preto é o chip conversor e, como foi fabricado o meu Murata, tudo fica em uma ferrita multicamada que atua como indutor, PCB e base de montagem. A coisa toda ocupa 3,5 mm x 3,5 mm.

Agora, você parece impressionado com o LM2596, vamos verificar este:

  • Tem cerca de 20 anos. Ele alterna com uma frequência que hoje seria considerada bastante baixa (150 kHz), portanto exigirá valores mais altos de indutância e capacitor, para que o tamanho completo da solução seja volumoso.
  • Além disso, ele usa um comutador bipolar NPN em vez de um NMOS mais moderno, por isso será menos eficiente e a tensão de entrada precisará ser maior que a tensão de saída em alguns volts.
  • Não é síncrono (o comutador inferior é um diodo e não outro NMOS), portanto a eficiência em baixas tensões de saída, quando o diodo conduz uma parte significativa de todo o período, será menor do que em um projeto síncrono. Além disso ... você precisa adicionar um diodo de potência à sua placa, esfriar, etc.

Compare o tamanho da solução (aproximadamente a mesma corrente) entre o LM2596 e os chips mais modernos. Frequência mais alta realmente diminui os indutores e os limites!

insira a descrição da imagem aqui

Agora, por favor, não pense que estou dizendo que o LM2596 é uma porcaria. É um design antigo, mas comprovado, robusto e funciona. Eles ainda vendem toneladas deles. Mas não o use em equipamentos portáteis / alimentados por bateria, onde é agradável ter um pouco mais de eficiência.

Além disso, se você comprar módulos de baixo custo como o da fleabay, divida todas as especificações por 2 ou 3. Você pode apostar que as tampas eletrolíticas no módulo à direita não serão 105 ° C, longa vida útil, baixo ESR, de alta qualidade, mas a porcaria mais barata que eles poderiam receber.

Agora, o EzSBC que você postou. Bem, eu não compraria esse. Primeiro, o layout é ruim. Olhe para as vias de terra dos bonés. Ou melhor, as vias que deveriam estar lá, mas não estão lá. Você pode esperar um ruído HF extra na saída, comparado a um bom layout. Isso me faz pensar que o designer não está realmente familiarizado com os comutadores, é como um trabalho paralelo ou algo assim.

Além disso, é duas vezes mais caro do que o que publiquei, que vem de uma empresa respeitável, que se pode supor saber o que está fazendo. Confira caras como Murata Power Solutions ou módulos Traco Power na Farnell / Mouser, etc.

Basicamente, verifique os "conversores DC-DC de montagem em placa" no seu revendedor online favorito ...

peufeu
fonte
6
Todos os pontos positivos, mas um pouco tangenciais à necessidade imediata do OP de substituir o TO-220. Além disso, não acho que sua crítica ao EzSBC seja inteiramente justificada. Existem exatamente 5 vias, todas conectadas diretamente diretamente ao derramamento de terra no verso. Os vazamentos no lado do componente são os trilhos de entrada e saída. A conexão de terra mais longa é a da tampa de desacoplamento de entrada. O chip é colocado no alto da placa para obter o melhor fluxo de ar disponível. Tudo considerado, não é um layout ruim.
Dave Tweed
6

especificações:

  • Substituição imediata do LM7805 de 3 terminais ou regulador de tensão linear equivalente.
  • Corrente de saída 1A garantida
  • Ampla faixa de tensão de entrada de 4.5V a 17V
  • Alta eficiência, superior a 70% para cargas superiores a 1mA, pico de eficiência atingido de 90% a 300mA de corrente de carga.
  • Desligamento térmico e proteção de limite de corrente

Portanto, se estiver usando apenas 300mA a 5V ou 1,5W, ele deverá dissipar apenas 10% de perda ou 150mW. Mas se usar 1A ou 5W e as especificações estiverem entre 70% e 90%, as perdas poderão ser de 20% + / -? ou 1W +/-? então você deve considerar como dissipá-lo com uma fita térmica para evitar curto-circuitos nas vias para um pequeno dissipador de calor ou chassi.

Mas considere o regulador linear 7805 com uma queda de tensão de entrada de 7V de 12V a 5V, em 1A a carga é de 5W, mas a perda do regulador é de 7W !! , então isso é muito mais eficiente.

Portanto, dependendo da sua aplicação, você PODE necessitar de um dissipador de calor com um clipe não condutor para garantir a pressão de contato, como por exemplo uma fita condutora térmica 3M para algumas especificações da folha de dados.

mas, novamente, eles são baratos; portanto, se 1W é executado a 90'C = Tjcn para esta área de cobre (suposição com base na experiência), pode queimar seu dedo e não durar tanto tempo, mas eu disse que eles eram baratos?

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
fonte
Eu estava navegando procurando comprar alguns deles agora e me deparei com isso: LM2596. Isso é loucura. 3 A, o tamanho de um regulador linear, uma faixa de entrada ajustável e enorme, e sua temperatura operacional máxima é de 125 ° C. Derreteria uma tábua de pão bem rápido, se permitido, mas muito versátil. Ele ainda tem um interruptor! ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf
Blair Fonville
Uma grande diferença no tamanho do comutador de área ativa para um TO-220 e na classificação de potência, Pd e sua resistência RdsOn recíproca permite maior corrente. Mas se a solda não derreter uma placa, nem 125'C, a Lei Arrhenius acelerará o envelhecimento da taxa de 2x por 10 ~ 12'C acima da temperatura ambiente, mas pode queimar seu dedo se houver uma perda de 20% a 25W
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
boa informação. Obrigado. Só para esclarecer, eu disse que derreteria uma tábua de pão, não uma tábua impressa.
Blair Fonville
possivelmente não, a tábua de pão, pois os contatos flutuam do plástico e os contatos do BB não recebem tanto calor dos condutores. Mas, novamente, tudo é possível. O poliestireno derrete bastante a 180 ° C
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75 /