圖文輕鬆了解通過PCB設計解決電源模塊散熱問題的玄機

電源系統設計工程師總想在更小電路板面積上實現更高的功率密度,對需要支持來自耗電量越來越高的FPGA、ASIC和微處理器等大電流負載的數據中心伺服器和LTE基站來說尤其如此。為達到更高的輸出電流,多相系統的使用越來越多。為在更小電路板面積上達到更高的電流水平,系統設計工程師開始棄用分立電源解決方案而選擇電源模塊。這是因為電源模塊為降低電源設計複雜性和解決與DC/DC轉換器有關的印刷電路板(PCB)布局問題提供了一種受歡迎的選擇。

本文討論了一種使用通孔布置來最大化雙相電源模塊散熱性能的多層PCB布局方法。其中的電源模塊可以配置為兩路20A單相輸出或者單路40A雙相輸出。使用帶通孔的示例電路板設計來給電源模塊散熱,以達到更高的功率密度,使其無需散熱器或風扇也能工作。

圖1:包括兩個20A輸出的ISL8240M電路

那麼該電源模塊如何才能實現如此高的功率密度?圖1電路圖中顯示的電源模塊提供僅有8.5°C/W的極低熱阻θ,這是因為其襯底使用了銅材料。為給電源模塊散熱,電源模塊安裝在具有直接安裝特性的高效導熱電路板上。該多層電路板有一個頂層走線層(電源模板安裝于其上)和利用通孔連接至頂層的兩個內埋銅平面。該結構有非常高的導熱係數(低熱阻),使電源模塊的散熱很容易。

為理解這一現象,我們來分析一下ISL8240MEVAL4Z評估板的實現(圖2)。這是一個在四層電路板上支持雙路20A輸出的電源模塊評估板。

圖2:ISL8240MEVAL4Z電源模塊評估板

該電路板有四個PCB層,標稱厚度為0.062英寸(±10%),並且採用層疊排列,如圖3所示。

圖3:ISL8240M電源模塊使用的四層0.062「電路板的層疊排列

該PCB主要由FR4電路板材料和銅組成,另有少量焊料、鎳和金。表1列出了主要材料的導熱係數。全文請閱讀原文。


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