解析DC稳压器的效率指标会造成假象的原因.pdfVIP

DC/DC DC/DC 解析DDCC//DDCC稳压器的效率指标会造成假象的原因 很多人认为，DC/DC 开关稳压器的 电压转换效率是最后一项需要测量的性能。 效率数字就是所测得的值，列在数据表中，当系统设计师试图从几家厂商中选出 一个解决方案时，会针对一系列电压和电 流画出效率曲线，并进行比较。为了 实现高效率(这个词具有相对含义，不过我们假定一下，所谓高效率，即效率数 字高于85%)，模拟芯片设计师和模拟应用工程师会非常仔细地尝试书中列出的 每一种巧妙的方法，例如调节电源开关的开关频率、改变其栅极驱动的大小等。 令人意外的是，仅靠芯片或IC并不能保证一个电路实现最高效率。外部组件的 IC IC 选择确实对一个 有极大的影响，可能令一个十分出色的 表现平平。在设计 一个高效率DC/DC 开关负载点稳压器时，电感器、电容器和PCB 布局的选择以 及系统设计师的技能都是至关重要的因素。不过，有了“高效率”数字，热量管理 的事情依然没有结束。 单单根据其转换效率来判定负载点DC/DC 稳压器 的热性能就类似于依照发动 机尺寸来推测汽车的速度。用12汽缸的兰博基尼发动机驱动一辆自卸货车或许会 让人对其速度产生虚夸的想象，然而空气动力定律则彻 底剥夺了这样一部货车 参加一级方程式赛车比赛的可能性。类似地，一个效率为90%、热量为3.5W的 DC/DC 降压型稳压器，如果采用一个非常吸引和具 22oC/Wj-a 热阻的纤巧封装， 那么造成的热量管理挑战会使这个DC/DC 稳压器几乎变得不现实，而且常常使 其过于昂贵而无法使用：在环境温度为 40oC 时，3.5WX22oC/W 产生约为117oC 的节温。当然，有几种去除封装中热量的方法，例如采用风扇、增大PCB 铜箔 面积、增加散热器等。总 之，这些补救方法增加了设计的复杂性、提高了成本 且需要更大的空间以散出热量。 渴望获得功率并对其加以控制 控制热耗散并提高功率分配效率的战斗一直在不断加剧。数字设备和基础设施的 FPGA ASIC 最佳控制和可靠性在很大程度上取决于被用作 、 、收发器和存储模块 以及RF 放大器和传感器之分布式DC 电源的DC/DC 转换器的性能。除了诸如 稳压准确度或瞬态响应等电性能之外，热性能在选择DC/DC 稳压器的过程中已 经成为一项越来越关键的因素。 可扩展和模块化的DC/DC 稳压器解决方案 这 个72W 的解决方案(参见图1)依靠4个微型模块(μModule?)稳压器的准确均流 和低热阻值，在一个紧凑的表面积上均匀地散出热量以防止热点。每个 DC/DC 微型模块稳压器都是一个完整的电源，具电感器、MOSFET 和DC/DC 控制器电 路，装在一个外形尺寸类似IC 的封装中。每个稳压器都能从 4.5V 至20V 的宽 输入范围提供12A(或如果并联会更大 ，从而成为通用和可扩展的解决方案。并) 联系统设计涉及的不仅是每个电路布局的复制和粘帖。该 微型模块稳压器仅占 用15mmx15mm 的电路板面积，高度仅为2.8mm。除了良好的效率性能，该封装 还具有仅为15oC/Wj-a 的热阻。这么扁平的 封装允许空气在整个电路上方顺畅 地流动，从而去除了电路产生的热量(参见图2至图5)。这个解决方案对其周围的 组件几乎没有热遮蔽，从而有助于进一步优化 整个系统的热性能。 图 1：4个DC/DC微型模块稳压器系统均流，以在48A时提供稳定的1.5V电压， 每个微型模块稳压器的高度仅为2.8mm，占用15mmx15mm电路板面积。每个微 1.7g IC 型模块仅重 ，并采用类似 的外形尺寸，在电路板组装时，可非常容易地 用任何抓放型机器来取放。 突破效率范畴来考虑问题 图 2至图5是图1所示电路板的热像，提供了特定位置的温度读数以及空气流动的 方向和速度。光标1至4显示对每个模块表面温度的估计。光标5至7指示PCB 的 ( 1 2) ( 表面温度。请注意，靠里面的两个稳压器 光标 和 和靠外面的两个稳压器 光标 3和4)之间的温度差。放置在外侧的微