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解决与DC / DC转换器相关的印刷电路板(PCB)布局

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2018-11-15 21:44    浏览量:
电源系统设计工程师总是希翼在较小的PCB板区域实现更高的功率密度,特别是对于需要支撑高电流负载的数据中心服务器和LTE基站,例如FPGA,ASIC和微处理器,这些负载越来越多地由电源供电。为了获得更高的输出电流,多相系统的使用越来越多。为了在较小的PCB板面积上实现更高的电流水平,系统设计工程师开始丢弃分立电源解决方案并选择电源模块。
 
这是因为电源模块提供了一个受欢迎的选项,可以降低电源设计的复杂性,并解决与DC / DC转换器相关的印刷电路板(PCB)布局问题。本文讨论了一种采用通孔布置的多层PCB布局方法,以最大限度地提高双相电源模块的散热性能。电源模块可配置为双向20A单相输出或单通道40A双工输出。
带通孔的样品电路板设计用于加热功率模块以实现更高的功率密度,从而无需散热器或风扇即可工作。
两个isl8240m电路,输出20A
 
图1:isl8240m电路包括两个20A输出那么电源模块如何实现如此高的功率密度?图1电路图中显示的电源模块提供了非常低的热阻θ,仅为8.5°c / w,因为基板使用铜材料。为了将热量散发到电源模块,电源模块安装在具有直接安装特性的高效导热电路板上。多层电路板具有顶层布线层(其上安装有电源模板)和两个使用通孔连接到顶层的内埋铜平面。
 
该结构具有非常高的导热性(低热阻),使得功率模块易于散热。为了理解这种现象,让大家分析一下ISL8240MEVAL4Z评估板的实现(图2)。
这是一个电源模块评估板,支撑四层电路板上的双向20A输出isl8240meval4z电源模块评估板,解决与DC / DC转换器相关的印刷电路板(PCB)布局问题.
 
图2:isl8240meval4z电源模块评估板
该板具有四个PCB层,标称厚度为0.062英寸(±10%),并以级联方式堆叠,如图3所示。
isl8240m电源模块使用的四层0.062“电路板的级联排列
 
图3:isl8240m电源模块使用的四层0.062“电路板的级联排列PCB主要由FR4电路板材料和铜制成,带有少量焊料,镍和金。
 主要材料的导热系数如表1所示。
PCB材料的导热性
 
PCB设计解决电源模块散热问题Sac305 *是最受欢迎的无铅焊料,由96.5%锡,3%银和0.5%铜组成。
W =瓦特,in =英寸,C =摄氏度,m = m,K =华氏度大家使用公式来确定材料的热阻。
计算材料的热阻
 
公式1:计算材料的热阻为了确定图3中电路板顶部铜层的热阻,大家采用铜层的厚度(t)并将其除以导热系数和横截面积。为了便于计算,当a = b = 1英寸时,大家使用1平方英寸作为横截面积。铜层是2.8密耳(0.0028英寸)厚。这是在1平方英寸的电路板区域中沉积的2盎司铜的厚度。系数k是铜的w /(in-°c)系数,其值等于9.因此,对于1平方英寸2.8密耳铜的热流,热阻为0.0028 / 9 = 0.0003° C / W。大家可以使用图3中所示的每个层尺寸和表1中的相应K系数来计算每平方英寸电路板面积的每层的热阻。

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