無(wú)基板DC/DC電源變換器
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時(shí)間：2012-02-14
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
傳統(tǒng)的隔離DC/DC變換器的轉(zhuǎn)換效率偏低，需要采取散熱措施來(lái)防止器件過(guò)熱。其結(jié)構(gòu)中一般包括一塊金屬基板，以固定散熱器并將內(nèi)部原件產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到散熱器上。金屬基板也帶來(lái)了一些問(wèn)題：一是增加器件成本、高度和重量；二是結(jié)構(gòu)存在若干容易失效的機(jī)械和導(dǎo)熱連接層；三是加重了共模噪聲污染。
電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前更多地采用分布式供電架構(gòu)，通過(guò)靠近負(fù)載的DC/DC變換器提供更低的電壓和更大的電流。由于對(duì)電路板空間的要求越來(lái)越嚴(yán)，需要降低電源模塊的發(fā)熱率，以取消占很大空間的散熱裝置。美國(guó)SynQor公司采用了一種新型設(shè)計(jì)，取消了電源基板，本文將對(duì)這一新型電源技術(shù)作一個(gè)簡(jiǎn)要介紹。
2 傳統(tǒng)帶基板變換器的結(jié)構(gòu)原理
傳統(tǒng)DC/DC變換器產(chǎn)品都帶有一個(gè)與功率電路（如晶體管、整流器和變壓器）有著緊密導(dǎo)熱接觸的基板（大多是金屬板）。典型的變換器中，基板覆蓋有一薄層絕緣材料，其上制作功率電路的單層銅連接圖形。功率元件焊接在該導(dǎo)線層上，實(shí)現(xiàn)電連接和透過(guò)薄絕緣層到基板的散熱。
由于只利用了襯底的一個(gè)面，難以容納下變換器的所有元件，于是大多數(shù)轉(zhuǎn)換器要另外采用一塊印制電路板來(lái)擺放控制電路?？刂齐娐矾B放在金屬板襯底上方。全部引腳，包括電源輸入、輸出，僅通過(guò)焊接的方法固定，此外沒有其他到功率電路襯底的引腳固定結(jié)構(gòu)。為了讓控制電路板散發(fā)的少量熱量也能傳導(dǎo)到基板上，在兩者之間還要灌注一些特殊導(dǎo)熱材料。
DC/DC變換器的多層結(jié)構(gòu)使總厚度難以控制在0.5＂（約12.7mm）以內(nèi)。為降低厚度，控制電路板在大尺寸的功率器件（如變壓器）上方的部分往往被挖去，另外也可以對(duì)基板有高元件的區(qū)域進(jìn)行減薄。
隨著電源技術(shù)的發(fā)展，這類結(jié)構(gòu)高度有了稍許改進(jìn)。一些被知名人士為“開放框架”式的變換器不再使用灌注材料，其結(jié)構(gòu)允許少量氣流通過(guò)整個(gè)變換器。另一些則是讓發(fā)熱元件的封裝直接與金屬板緊密接觸，而通過(guò)另一塊印制電路板實(shí)現(xiàn)電氣連接。還有一些設(shè)計(jì)是將整個(gè)變換器制作在一塊印制電路板上，再向電路板上附加一塊金屬基板并讓基板與功率元件間有良好的熱接觸。
3 “開放電路板”式DC/DC變換器技術(shù)
時(shí)下最新的DC/DC變換器以同步整流器取代了原先使用的肖特基二極管，能在3.3V輸出時(shí)實(shí)現(xiàn)90%以上的效率。由于效率大大提高，其發(fā)熱量不到肖特基二極管的變換器（效率只有80%）的1/2，因此沒有必要添加散熱片和固定散熱片所用的基板，采用開放電路板結(jié)構(gòu)就成為可能。SynQor公司的電源變換器就是這一新型設(shè)計(jì)的范例。
這種電源變換器只需要單塊印制電路板（PCB）襯底，襯底可用通常的印制電路板制作，但要加大銅導(dǎo)電層厚度，以滿足載流要求。所有的功率和控制元件用標(biāo)準(zhǔn)的表面貼裝工藝安裝到電路板的兩面。帶磁芯變壓器和電感的繞組也制作在PCB板上。鐵氧體芯則插入孔中部分的截面為多邊形，為焊料沿引腳流下提供了一條通路，這樣在引腳和電路板過(guò)孔間實(shí)現(xiàn)了良好的電的和機(jī)械連接。引腳底端突緣，以保證變換器元件離下方的負(fù)載電路板至少40mil（約1mm），而所占用的變換器襯底和負(fù)載電路板面積卻很小。整個(gè)變換器高度僅0.4＂（約1cm），其中只有幾個(gè)元件達(dá)到了這一高度，而其余大部分元件的高度較低。
評(píng)論