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双相电源模块散热性能最大化的多层PCB布局设计

导读: 本文讨论了一种使用通孔布置来最大化双相电源模块散热性能的多层PCB布局方法。其中的电源模块可以配置为两路20A单相输出或者单路40A双相输出。使用带通孔的示例电路板设计来给电源模块散热,以达到更高的功率密度,使其无需散热器或风扇也能工作。

  电源系统设计工程师总想在更小电路板面积上实现更高的功率密度,对需要支持来自耗电量越来越高的FPGA、ASIC和微处理器等大电流负载的数据中心服务器和LTE基站来说尤其如此。为达到更高的输出电流,多相系统的使用越来越多。为在更小电路板面积上达到更高的电流水平,系统设计工程师开始弃用分立电源解决方案而选择电源模块。这是因为电源模块为降低电源设计复杂性和解决与DC/DC转换器有关的印刷电路板(PCB)布局问题提供了一种受欢迎的选择。

  本文讨论了一种使用通孔布置来最大化双相电源模块散热性能的多层PCB布局方法。其中的电源模块可以配置为两路20A单相输出或者单路40A双相输出。使用带通孔的示例电路板设计来给电源模块散热,以达到更高的功率密度,使其无需散热器或风扇也能工作。

解决电源模块散热问题的PCB设计

  图1:包括两个20A输出的ISL8240M电路

  那么该电源模块如何才能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仅有8.5°C/W的极低热阻θ,这是因为其衬底使用了铜材料。为给电源模块散热,电源模块安装在具有直接安装特性的高效导热电路板上。该多层电路板有一个顶层走线层(电源模板安装于其上)和利用通孔连接至顶层的两个内埋铜平面。该结构有非常高的导热系数(低热阻),使电源模块的散热很容易。

  为理解这一现象,我们来分析一下ISL8240MEVAL4Z评估板的实现(图2)。这是一个在四层电路板上支持双路20A输出的电源模块评估板

解决电源模块散热问题的PCB设计

  图2:ISL8240MEVAL4Z电源模块评估板

  该电路板有四个PCB层,标称厚度为0.062英寸(±10%),并且采用层叠排列,如图3所示。

解决电源模块散热问题的PCB设计

  图3:ISL8240M电源模块使用的四层0.062”电路板的层叠排列

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