電源管理系統(tǒng)的散熱問題及解決辦法

    設(shè)計一款功率轉(zhuǎn)換器并不簡單，因為其中涉及多方面的技術(shù)知識。出色的功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計工程師必須對模擬及混合信號電路的設(shè)計、變壓器繞組、電磁兼容性、封裝及散熱設(shè)計有一定的認識。由于電子產(chǎn)品的功率密度越來越大，加上不同的電源供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計各有優(yōu)缺點，因此工程師必須審慎考量，作出最適當?shù)娜∩幔趴纱_保所采用的封裝及散熱設(shè)計能夠滿足電源管理系統(tǒng)的要求。部分電子產(chǎn)品需要傳送大量數(shù)據(jù)，令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越趨復雜，因此散熱系統(tǒng)的設(shè)計越來越受到高度的關(guān)注。面對這種發(fā)展趨勢，設(shè)計電源管理IC及芯片封裝的工程師便不得不進一步改善熱阻及板面空間的使用效益來滿足進一步的要求。
　　稱為“磚塊”的模塊式DC/DC轉(zhuǎn)換器在20世紀80年代中期正式面世，自此以后，這方面的技術(shù)發(fā)展非常迅速。以十六分之一磚塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計為例來說，1.2in2的印刷電路板板面空間可轉(zhuǎn)換功率高達 33～50W。
　　電信系統(tǒng)總線可以在 36～72V 的電壓范圍內(nèi)操作，這個電壓范圍比容差較小的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)總線更為廣闊。總線轉(zhuǎn)換器負責在總線上進行功率轉(zhuǎn)換，其中的每一張子卡都互相分隔開。轉(zhuǎn)換器采用這種磚塊格局尚屬首次，但磚塊結(jié)構(gòu)有它的優(yōu)點，因為子卡上的供電可直接輸入負載電路。近年來數(shù)字信號處理器及數(shù)字特殊應(yīng)用集成電路大受歡迎，因此中間總線結(jié)構(gòu)便應(yīng)運而生。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是總線轉(zhuǎn)換器可以提供隔離的 12～14V 供電，而卡上負載的點負載穩(wěn)壓器則負責進一步的功率轉(zhuǎn)換。
　　設(shè)計電源的工程師一旦為應(yīng)用系統(tǒng)選定電路布局之后，便要面對以下的問題：究竟需要多少功率轉(zhuǎn)換級？轉(zhuǎn)換器究竟應(yīng)采用硬開關(guān)還是軟開關(guān)？由于這兩個問題的關(guān)系，選用哪一類開關(guān)及整流器便顯得極為重要。大部分磚塊式轉(zhuǎn)換器都采用功率 MOSFET 組建電源開關(guān)及低電壓同步整流器。經(jīng)過多年的發(fā)展，MOSFET 技術(shù)已相當成熟，現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計工程師甚至可以選用具有標準導通狀態(tài)電阻 （RDS-ON） 的溝道型芯片及極間電容較低的平面型芯片。電壓及電流的額定值一旦確定之后，選用哪一類芯片便要看芯片的最大損耗究竟來自開關(guān)速度還是來自導通狀態(tài)電阻。近來，CDG/CGS比率受到系統(tǒng)設(shè)計工程師高度的重視，因為這個比率是顯示高功率、高頻率的半橋式功率轉(zhuǎn)換級是否出現(xiàn)擊穿情況的指標。