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如何选择散热性能良好的高功率可扩展式 POL调节器并节省电路板空间 作者：Afshin Odabaee 共享 从事高效、紧凑式DC-DC转换器设计艺术的是一群精英工程师，他 面对上升的组件温度，PCB设计师可以从标准散热工具箱里去找常 们对转换设计相关物理学原理和相关数学知识有着深入的理解， 用的工具，比如增加铜，加装散热器，使用更大、更快的风扇， 还拥有丰富的实践工作经验。凭借对波特图、麦克斯韦方程组以 也可以简单地增加空间——使用更多PCB空间，增加PCB上组件之 及极点和零点的深入理解，他们可以打造出优雅的DC-DC转换器 间的距离，或者增加PCB层的厚度。 设计。然而，IC设计师通常会回避棘手的散热问题——这项工作 任何这些工具都可以用在PCB上，使系统温度维持在安全限值以 通常属于封装工程师的职责范围。 内，但是使用这些补救措施会降低最终产品在市场上的竞争优 在负载点(POL)转换器中，专用IC之间的空间有限，因此散热是个 势。产品（如路由器）可能需要使用更大的外壳，才能在PCB上 大问题。POL调节器会产生热量，因为（目前）还没有电压转换的 为组件留出必要的间隔空间；如果加装速度更快的风扇以增加气 效率能达到100%。受结构、布局和热阻影响，封装会变得多热？ 流，结果可能会增加噪声。这可能会使最终产品在市场上失去优 封装的热阻不仅会提高POL调节器的温度，还会增加PCB及周围组 势，因为企业的竞争优势体现在紧凑性、计算能力、数据速率、 件的温度，因而会增加系统散热机制的复杂性、尺寸和成本。 效率和成本等方面。 PCB上的DC-DC转换器封装主要有两种散热方式： 要在高功耗POL调节器周围成功实现散热管理，就需要选择正确的 调节器，而这又要求进行仔细的研究。本文将展示如何通过选择 通过PCB散热： 正确的调节器简化电路板设计师的工作。 如果转换器IC采用表贴封装，则PCB上的导热性铜通孔和隔层会 从封装底部散热。如果封装对PCB的热阻很低，采用这种散热方 切勿仅凭功率密度来判断POL调节器 式足矣。 市场上有多种因素要求我们完善电子设备的散热性能。最为明 显的是，即使产品尺寸不断缩小，性能也会持续提升。例如， 增加气流： 28 nm至20 nm和亚20 nm级的数字器件需要较大功耗才能达到性能 利用冷气流去除封装的热量（更准确地说，热量被转移到与封装 要求，因为创新设备设计师要用这些小型工艺生产更快、更小、 表面接触的快速运动的较冷空气分子中）。 更安静、更高效的器件。从这一趋势可以得出的明显结论是POL调 节器必须提高功率密度：(功率)/(体积)或(功率)/(面积) 。 当然还有被动式散热法和主动式散热方法，但为简化讨论，我们 将它们视为第二类的子集。 不足为奇的是，在有关调节器的文献中，功率密度一般被当作一 项重要指标。较大的功率密度可使调节器脱颖而出——当设计师 2 从众多调节器中进行选择时可以作为参考指标。40 W/cm POL 的调 2 节器必然优于30 W/cm 的调节器。 模拟对话51-11 ，2