Perché il PCB è così grande su questo SMPS?


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In un post riguardante la dissipazione del calore in un regolatore lineare, una risposta ha fornito questo piccolo smps equivalente a pin. È stata un'ottima risposta, e probabilmente ne ordinerò alcuni anche io.

SMPS

Mi chiedo, però, perché c'è così tanto spazio vuoto? Non sembra aver bisogno di strati extra - tranne forse un terreno - e sembra che potrebbe essere molto più compatto.

Sta succedendo qualcosa che non è evidente dal suo aspetto?

modifica : per essere chiari, non ero l'OP per il post collegato. Prenderlo in prestito per questa domanda di follow-up.

Risposte:


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Tutto quel rame sul retro (l'estrema sinistra delle tue tre foto) funge da dissipatore di calore per l'IC di commutazione.

Se leggi i fogli dati per questo tipo di IC, spesso specificheranno una determinata area di rame da collegare al pin di terra (o eventualmente alla tensione di ingresso) per fornire un'adeguata dissipazione del calore.


Beh, è ​​stato facile grazie. Non li ho mai usati prima, ma senti così spesso quanto siano efficienti, ho pensato che sarebbero rimasti abbastanza fighi. Quindi avevo erroneamente escluso il calore.
Blair Fonville,

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Sono molto più efficienti di un regolatore lineare, ma il 10% di 5 W (la potenza massima di questa parte) è ancora di 500 mW, e questo è abbastanza per riscaldare un piccolo chip abbastanza bene se non fai qualcosa esso.
The Photon,

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Come detto, 500mW non sono molti, ma dato il piccolo volume la resistenza termica (gradi aumentati / watt) sarà piuttosto elevata. Può servire da riferimento che la resistenza del foro passante tipica è classificata per 1/8 di un watt e una resistenza da mezzo watt è effettivamente "grande".
Andrés,

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Dal momento che sembri essere nuovo ai commutatori, ti darò alcune informazioni. Innanzitutto, non progettarne uno a meno che tu non sappia cosa stai facendo. Non è magia nera, ma è facile creare un generatore di rumore RF a banda larga se sbagli. Andiamo su DigiKey invece, fai clic su ...

Indice prodotti> Alimentatori - Montaggio su scheda> Convertitori cc / cc

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Whoa! Sì, sono abbastanza popolari. L'acquisto di uno switcher pronto consente di risparmiare tempo di progettazione, inoltre puoi essere ragionevolmente sicuro che funzionerà. Esistono uscite fisse o regolabili (basta aggiungere i resistori di feedback).

Ad esempio: questo fa quello che vuoi ed economico!

Vuoi qualche 3.3V dal tuo 5V? Dai un'occhiata a questo .

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È piuttosto high-tech, hai 2 tappi, la cosa nera è il chip del convertitore, e dal momento che ha realizzato il mio Murata, tutto si trova su una ferrite multistrato che funge sia da induttore, PCB e base di montaggio. Il tutto occupa 3,5 mm x 3,5 mm.

Ora, ti sembra di essere colpito dall'LM2596, diamo un'occhiata a questo:

  • Ha circa 20 anni. Commuta a una frequenza che oggi sarebbe considerata piuttosto bassa (150 kHz), quindi richiederà valori di induttanza e condensatore più elevati, quindi la dimensione della soluzione completa sarà ingombrante.
  • Inoltre utilizza uno switch bipolare NPN invece di un NMOS più moderno, quindi sarà meno efficiente e la tensione di ingresso dovrà essere superiore alla tensione di uscita di alcuni volt.
  • Non è sincrono (l'interruttore inferiore è un diodo e non un altro NMOS), quindi l'efficienza a basse tensioni di uscita, quando il diodo conduce una parte significativa dell'intero periodo, sarà inferiore rispetto a un design sincrono. Inoltre ... devi aggiungere un diodo di potenza alla tua scheda, raffreddarlo, ecc.

Confronta le dimensioni della soluzione (per circa la stessa corrente) tra LM2596 e chip più moderni. Una frequenza più alta riduce davvero quegli induttori e cappucci!

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Ora, per favore, non pensare che sto dicendo che LM2596 è una schifezza. È un vecchio design, ma collaudato, robusto e funziona. Ne vendono ancora tonnellate. Ma non usarlo in dispositivi portatili / alimentati a batteria in cui è piacevole avere un po 'di efficienza in più.

Inoltre, se acquisti moduli cheapo come quello da fleabay, dividi tutte le specifiche per 2 o 3. Puoi scommettere che le protezioni elettrolitiche sul modulo a destra non saranno i 105 ° C, lunga durata, basso ESR, quelli di alta qualità ma piuttosto la merda più economica che potevano ottenere.

Ora, quello EzSBC che hai pubblicato. Beh, non lo comprerei. Innanzitutto, il layout è errato. Guarda i viali a terra dei tappi. O meglio, i via che dovrebbero essere lì, ma non ci sono. Puoi aspettarti un rumore HF extra nell'output, rispetto a un buon layout. Questo mi fa pensare che il designer non abbia molta familiarità con i commutatori, è come un lavoro secondario o qualcosa del genere.

Inoltre, è 2 volte più costoso di quello che ho pubblicato, che proviene da un'azienda rispettabile che si può presumere di sapere cosa stanno facendo. Dai un'occhiata a ragazzi come Murata Power Solutions o moduli Traco Power su Farnell / Mouser, ecc.

Fondamentalmente, controlla i "convertitori DC-DC montati su scheda" presso il tuo rivenditore online preferito ...


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Tutti i punti positivi, ma in qualche modo tangenziali per l'immediata necessità del PO di un rimpiazzo di sostituzione per un TO-220. Inoltre, non credo che le tue critiche a EzSBC siano del tutto giustificate. Esistono esattamente 5 via, tutti collegati direttamente al getto di terra sul retro. I versamenti sul lato componente sono i binari di input e output. La connessione di terra più lunga è quella per il cappuccio di disaccoppiamento in ingresso. Il chip è posizionato in alto sul tabellone per ottenere il miglior flusso d'aria disponibile. Tutto sommato, non è un cattivo layout.
Dave Tweed

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Specifiche:

  • Sostituzione drop-in di LM7805 a 3 terminali o regolatore di tensione lineare equivalente.
  • Corrente di uscita 1A garantita
  • Ampia gamma di tensioni di ingresso fino a 4,5 V a 17 V.
  • Alta efficienza, maggiore del 70% per carichi superiori a 1 mA, efficienza di picco raggiunta del 90% a una corrente di carico di 300 mA.
  • Arresto termico e protezione limite di corrente

Pertanto, se si utilizza solo 300 mA a 5 V in uscita o 1,5 W, deve dissipare solo una perdita del 10% o 150 mW. Ma se si utilizza 1A o 5W e le specifiche sono comprese tra il 70% e il 90%, le perdite potrebbero essere del 20% + / -? o 1W +/-? quindi è necessario considerare come dissipare il calore con un nastro termico per evitare di cortocircuitare i via verso un piccolo dissipatore di calore o telaio.

Ma considera il regolatore lineare 7805 con una caduta di tensione in ingresso 7V da 12V a 5V, a 1A il carico è 5W ma la perdita del regolatore è 7W !! , quindi questo è molto più efficiente.

Quindi, a seconda della tua applicazione, potresti aver bisogno di un dissipatore di calore con una clip non conduttiva per garantire la pressione di contatto per spremere, diciamo un nastro conduttivo termico 3M ad alcune specifiche sul foglio dati.

ma poi di nuovo sono economici, quindi se 1W funziona a 90 ° C = Tjcn per questa area di rame, (ipotesi basata sull'esperienza) potrebbe bruciarti il ​​dito e non durare a lungo, ma ho detto che erano economici?


Stavo navigando in giro cercando di acquistare alcuni di questi proprio ora, e mi sono imbattuto in questo: LM2596. Questo è pazzesco. 3 Ampere, le dimensioni di un regolatore lineare, regolabile, ampio intervallo di input e la sua temperatura operativa massima è di 125 ° C. Si scioglierebbe attraverso una breadboard abbastanza rapidamente se consentito, ma così versatile. Ha anche un interruttore di alimentazione! ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf
Blair Fonville,

Una grande differenza nella dimensione dell'interruttore di area attiva per un TO-220, e la potenza nominale, Pd e la sua resistenza RdsOn reciproca consente una corrente più elevata. Ma se la saldatura non scioglie una tavola, non lo sarà nemmeno 125 ° C, ma la Legge Arrhenius accelererà l'invecchiamento di 2 volte per 10 ~ 12 ° C al di sopra della temperatura ambiente, ma può bruciare il dito in caso di perdita del 20% a 25 W.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,

buone informazioni. Grazie. Per essere chiari, ho detto che avrebbe sciolto una breadboard, non una lavagna stampata.
Blair Fonville,

forse no, la breadboard, poiché i contatti fluttuano dalla plastica e i contatti BB non ricevono così tanto calore dai cavi. Ma poi tutto è possibile. Il polistirolo si scioglie abbastanza basso a 180 ° C
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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