¿Por qué la PCB es tan grande en este SMPS?

En una publicación sobre la disipación de calor en un regulador lineal, una respuesta proporcionó estos pequeños y agradables smps equivalentes a pines. Fue una gran respuesta, y probablemente ordenaré algunas para mí.

smps

Sin embargo, me pregunto, ¿por qué hay tanto espacio vacío? No parece necesitar capas adicionales, excepto quizás un suelo, y parece que podría ser mucho más compacto.

¿Está sucediendo algo que no es obvio por su apariencia?

editar : para ser claros, no era el OP para la publicación vinculada. Solo tomándolo prestado para esta pregunta de seguimiento.

Respuestas (3)

Todo ese cobre en la parte posterior (la más a la izquierda de sus tres imágenes) actúa como un disipador de calor para el circuito integrado de conmutación.

Si lee las hojas de datos para este tipo de IC, a menudo especificarán que se conecte un área determinada de cobre al pin de tierra (o posiblemente al voltaje de entrada) para brindar una disipación de calor adecuada.

Bueno, eso fue fácil gracias. No los he usado antes, pero escuchas tan a menudo lo eficientes que son, pensé que se mantendrían bastante fríos. Así que había descartado por error el calor.
Son mucho más eficientes que un regulador lineal, pero el 10% de 5 W (la salida máxima de esta parte) sigue siendo de 500 mW, y eso es suficiente para calentar bastante bien un pequeño chip si no hace algo al respecto. eso.
Como se ha dicho, 500 mW no es mucho, pero dado el pequeño volumen, la resistencia térmica (grados aumentados/vatio) será bastante alta. Puede servir como referencia que la resistencia típica de orificio pasante tiene una capacidad nominal de 1/8 de vatio, y una resistencia de medio vatio es de hecho "grande".

Como parece que eres nuevo en los conmutadores, te daré algunos datos. Primero, no diseñes uno a menos que sepas lo que estás haciendo. No es magia negra, pero es fácil hacer un generador de ruido RF de banda ancha si te equivocas. Vayamos a DigiKey en su lugar, haga clic en clic...

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En Stock: 6,573

¡Guau! Sí, son bastante populares. La compra de un conmutador listo para usar ahorra tiempo de diseño y, además, puede estar razonablemente seguro de que funcionará. Los hay de salida fija o ajustables (simplemente agregue las resistencias de retroalimentación).

Por ejemplo: este hace lo que quieres , ¡y barato!

¿Quieres algunos 3.3V de tu 5V? Echa un vistazo a este .

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Es de bastante alta tecnología, tiene 2 tapas, la cosita negra es el chip convertidor, y dado que está hecho para mi Murata, todo se asienta sobre una ferrita multicapa que actúa como inductor, placa de circuito impreso y base de montaje. Todo ocupa 3,5 mm x 3,5 mm.

Ahora, parece estar impresionado con LM2596, echemos un vistazo a este:

  • Tiene unos 20 años. Conmuta a una frecuencia que hoy en día se consideraría bastante baja (150 kHz), por lo que requerirá valores más altos de inductancia y condensador, por lo que el tamaño de la solución completa será voluminoso.
  • También utiliza un interruptor bipolar NPN en lugar de un NMOS más moderno, por lo que será menos eficiente y el voltaje de entrada tendrá que ser más alto que el voltaje de salida en unos pocos voltios.
  • No es síncrono (el interruptor inferior es un diodo y no otro NMOS), por lo que la eficiencia a voltajes de salida bajos, cuando el diodo conduce una parte importante de todo el período, será menor que con un diseño síncrono. Además... tienes que añadir un diodo de potencia a tu placa, enfriarla, etc.

Compare el tamaño de la solución (para aproximadamente la misma corriente) entre LM2596 y chips más modernos. ¡La frecuencia más alta realmente encoge esos inductores y tapas!

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Ahora, no creas que estoy diciendo que LM2596 es basura. Es un diseño antiguo, pero probado, robusto y funciona. Todavía venden toneladas de ellos. Pero no lo use en cosas portátiles / alimentadas por batería donde es bueno tener un poco más de eficiencia.

Además, si compra módulos baratos como ese de fleabay, divida todas las especificaciones por 2 o 3. Puede apostar que esas tapas electrolíticas en el módulo de la derecha no serán de 105°C, larga vida, baja ESR, de alta calidad, sino más bien la basura más barata que pudieron conseguir.

Ahora, el EzSBC que publicaste. Bueno, yo no compraría ese. Primero, el diseño es malo. Mire las vías de tierra de las tapas. O más bien, las vías que deberían estar ahí, pero no están. Puede esperar ruido HF adicional en la salida, en comparación con un buen diseño. Esto me hace pensar que el diseñador no está muy familiarizado con los conmutadores, es como un trabajo secundario o algo así.

Además, es 2 veces más caro que el que publiqué, que proviene de una empresa de confianza que se puede suponer que sabe lo que está haciendo. Echa un vistazo a tipos como Murata Power Solutions o Traco Power Modules en Farnell/Mouser, etc.

Básicamente, verifique los "convertidores DC-DC de montaje en placa" en su distribuidor en línea favorito...

Todos los puntos buenos, pero algo tangenciales a la necesidad inmediata del OP de un reemplazo directo para un TO-220. Además, no creo que sus críticas al EzSBC estén totalmente justificadas. Hay exactamente 5 vías, todas conectadas directamente al vertido de tierra de la parte trasera. Los vertidos en el lado del componente son los rieles de entrada y salida. La conexión a tierra más larga es la de la tapa de desacoplamiento de entrada. El chip se coloca en lo alto del tablero para que entre en el mejor flujo de aire disponible. A fin de cuentas, no es un mal diseño.

especificaciones:

  • Reemplazo directo de LM7805 de 3 terminales o regulador de voltaje lineal equivalente.
  • Corriente de salida 1A garantizada
  • Amplio rango de voltaje de entrada de hasta 4,5 V a 17 V
  • Alta eficiencia, superior al 70 % para cargas superiores a 1 mA, eficiencia máxima alcanzada del 90 % a una corriente de carga de 300 mA.
  • Apagado térmico y protección de límite de corriente

Por lo tanto, si usa solo 300 mA a 5 V o 1,5 W, solo debe disipar el 10% de pérdida o 150 mW. Pero si usa 1A o 5W y la especificación está entre el 70% y el 90%, ¿entonces las pérdidas podrían ser del 20% +/-? o 1W +/-? entonces debe considerar cómo disiparlo con una cinta térmica para evitar cortocircuitar las vías a un disipador o chasis pequeño.

¡Pero considere el regulador lineal 7805 con una caída de voltaje de entrada de 7V de 12V a 5V, a 1A la carga es de 5W pero la pérdida del regulador es de 7W! , por lo que esto es mucho más eficiente.

Entonces, dependiendo de su aplicación, PUEDE necesitar un disipador de calor con un clip no conductor para garantizar la presión de contacto para apretar, digamos, una cinta conductora térmica de 3M según algunas especificaciones en la hoja de datos.

pero, de nuevo, son baratos, por lo que si 1W funciona a 90'C = Tjcn para esta área de cobre (suposición basada en la experiencia) puede quemarse el dedo y no durar tanto, pero ¿dije que eran baratos?

Estaba buscando para comprar algunos de estos justo ahora, y me encontré con esto: LM2596. Esto es Loco. 3 amperios, del tamaño de un regulador lineal, ajustable, gran rango de entrada y su temperatura máxima de funcionamiento es de 125'C. Se derretiría a través de una placa de prueba bastante rápido si se le permitiera, pero muy versátil. ¡Incluso tiene un interruptor de encendido! ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf
Una gran diferencia en el tamaño del interruptor de área activa para un TO-220 y la clasificación de potencia, Pd y su resistencia recíproca RdsOn permiten una corriente más alta. Pero si la soldadura no derrite una placa, tampoco lo harán los 125 °C, pero la Ley de Arrhenius acelerará el envejecimiento 2x por cada 10 ~ 12 °C por encima de la temperatura ambiente, pero es posible que se queme el dedo si se pierde un 20 % a 25 W.
buena información Gracias. Para que quede claro, dije que derretiría una placa de pruebas, no una placa impresa.
posiblemente no, la placa de prueba, ya que los contactos están flotando en el plástico y los contactos BB no reciben tanto calor de los cables. Pero, de nuevo, todo es posible. El poliestireno se derrite bastante bajo a 180'C
¿Por qué la PCB es tan grande en este SMPS?
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