PDF《真正的功率密度： 26A μModule 稳压器可在狭小空间里保持低...》

8 相并联设计 实实在在的功率密度:利用空气冷却可在 <

50mm2 占板面积内提供 100A 图7示出了

4 个μModule 稳压器通过并联组合构成一款

8 相、100A 设计的情形.图8则显示了全部

4 个稳压器的均衡电流分配.如图

7 所示,整个 100A 解决方案仅占用 大约 1.95 平方英寸的电路板空间.即使在这种大电流条件下,仍然可以通过在所有

4 个 模块的顶部布设一个简单的散热器并施加冷却气流以消除足够的功率损失,因而无需进行 降额.此外,把热量从封装的顶面散逸出去还有助于使系统板保持低温运行,从而最大限 度地减轻对其他组件产生的热效应. 图8:图7所示由

4 个LTM4620 组合而成的 100A 设计之均流特性 结论 LTM4620 μModule 稳压器是一款真正的高密度电源解决方案.在 高功率密度 稳压器市 场上, 该器件因其能够管理热量而独树一帜, 而缺乏此项功能恰恰是许多自诩的高密度 解 决方案 之致命缺陷.LTM4620 在一个具出色热性能的封装中内置了两个高性能稳压器, 这使得高功率设计能够被纳入狭小的空间之内,并且只需要极少的外部冷却.内置的多相 定时和经过出厂测试的准确均流功能可轻松完成输出电流至 25A、 50A 和100A+ 的调节. LTM4620 独特的热特性允许其在高环境温度条件下执行满功率操作. (参考资料) 功率密度的实际成本 关注热量 对于高性能电子系统的设计师来说,不希望有的热量是其所面临的一项重大挑战.新式处理器、 FPGA 和定制 ASIC 的功率耗散量随其温度的上升而增加.为了弥补这些功率损失,电源必须增 加其功率输出.这反过来又增加了电源的功率耗散,从而在已经很热的系统中产生更多的热量.除 非能够足够快地将热量排空, 否则整个系统的温度就会上升到必须对大多数组件进行降额以提供相 应补偿. 从事系统和热设计的工程师们花费了大量的时间和精力对复杂的电子系统进行建模和评估, 以将不 希望有的热量从系统移除.风扇、冷却板、散热器、甚至冷浴等都是工程师们用来解决散热问题的 对策.冷却装置的尺寸、重量、维护和成本等成为了工程和制造预算的一个重要组成部分. 随着系统功能的增加与性能的提升,发热量只会上升.大多数处理器和电源均以尽可能高的效率运 行,而冷却系统则是造价昂贵的发热缓解措施.于是,必须通过在组件级上改善功率耗散来实现简 化和成本节省. 问题是: 大多数采用紧凑型封装的电源解决方案要么功率耗散过大, 要么热阻过高. 在不对组件进行大幅降额的情况下,将无法通过有效移除足够的热量来使其在高温环境中运作. 功率密度值并不像看上去那么令人赞叹 高功率密度 DC/DC 稳压器 这个字眼具有误导作用, 因为它并未反映器件相对于温度的工作特 性.系统设计师常常留心于满足 W/cm2 要求,而电源制造商则对拥有引人注目的功率密度值而沾 沾自喜.即使如此,隐匿于任何器件之数据表中的温度相关参数值都会比所引用的功率密度更加重 要. 我们以一个向负载输送 54W 功率的 2cm x 1cm DC/DC 稳压器为例.这将计算出一个令人印象 深刻的额定功率密度 (27W/cm2 ).此数值应能满足某些设计师的功率和尺寸要求.但是,功率耗散 往往会被忽视,而它将转化成电路板温度的升高.与此有关的重要信息以 DC/DC 稳压器的热阻 抗 (包括封装的 结点至外壳热阻抗 、 结点至空气热阻抗 和 结点至 PCB 热阻抗 数值) 罗列在产品手册中. 继续这个例子,该稳压器具备另一个有吸引力的特性:其工作效率达到了令人赞叹的 90%.即使 效率如此之高,当在一个具 20°C/W 结点至空气热阻抗的封装中向输出提供 54W 功率时,它的 耗散功率也将达到 6W.把6W 与20°C/W 相乘,结果是内部温度上升至比环境温度高 120°C. 当环境温度为 45°C 时,该DC/DC 稳压器的封装结温将上升至 165°C.这远远超过了大多数硅 IC 规定的典型最大温度 (约为 120°C).在其最大额定值下使用此电源将需要进行大量的冷却,以 把结温保持在低于 120°C 的数值上. 即使一个 DC/DC 稳压器可满足系统的所有电气和功率要求,但假如它未能符合基本的热指引,或 者在考虑发热缓解措施时被证明代价过于昂贵, 那么所有的 显赫 电气规格指标都是没有实际意 义的.评估 DC/DC 稳压器的热性能与评判其电压、电流和外形尺寸 (cm) 堪称同样重要. ........