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[導(dǎo)讀]實(shí)際的應(yīng)用中,很多降壓型BUCK變換器,通常要利用連接到相應(yīng)管腳的大片PCB銅皮來散熱:?jiǎn)涡酒腂UCK電源IC,主要利用IC的GND管腳,焊接到PCB的GND銅皮來散熱;部分內(nèi)部封裝分立MOSFET的BUCK電源IC,以及采用分立方案的BUCK變換器,如使用控制器驅(qū)動(dòng)分立MOS...

實(shí)際的應(yīng)用中,很多降壓型BUCK變換器,通常要利用連接到相應(yīng)管腳的大片PCB銅皮來散熱:?jiǎn)涡酒腂UCK電源IC,主要利用IC的GND管,焊接到PCB的GND銅皮來散熱;部分內(nèi)部封裝分立MOSFET的BUCK電源IC,以及采用分立方案的BUCK器,如使用控制器驅(qū)動(dòng)分立MOSFETPower Stage、Power Block或 DrMOS,都會(huì)利用開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW對(duì)應(yīng)的管腳,焊接到PCB的銅皮來散熱。本文主要討論使用SW鋪設(shè)PCB銅皮時(shí),如何優(yōu)化PCB的設(shè)計(jì),來優(yōu)化PCB的散熱性能。


前面研究過:器件散熱管腳對(duì)應(yīng)的PCB板銅皮的面積越大,總熱阻就越低,器件的溫升就越低,由于PCB板上其他元件及PCB本身尺寸的限制,散熱銅皮鋪設(shè)的面積也就受到限制。那么,對(duì)于多層PCB板,如何在各鋪設(shè)銅皮,比較優(yōu)化?


下面以一個(gè)使用開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW管腳來散熱的BUCK電源IC來研究這個(gè)問題,輸入電壓:12V,輸出電壓:5V,輸出電流:4A,工作頻率:500KHz,4層PCB板,1OZ覆銅。


PCB的設(shè)計(jì)1:開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW管腳下面,4層PCB板設(shè)相應(yīng)的SW銅皮,然后用多個(gè)過孔連接4層PCB的SW銅皮,特別是IC底部SW管腳下面,布設(shè)多個(gè)過孔。


圖1:PCB的設(shè)計(jì)1


PCB的設(shè)計(jì)2:開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW管腳下面,4層PCB板設(shè)相應(yīng)的SW銅皮,然后用多個(gè)過孔連接4層PCB的SW銅皮,但是,IC底部SW管腳下面沒有布設(shè)過孔。


圖2:PCB的設(shè)計(jì)2


PCB的設(shè)計(jì)3:開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW管腳下面,只有PCB的設(shè)SW銅皮,其他對(duì)應(yīng)的位置,鏤空。


圖3:PCB的設(shè)計(jì)3


PCB的設(shè)計(jì)4:開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW管腳下面,只有PCB板的頂層設(shè)SW銅皮,其他對(duì)應(yīng)的位置都為GND皮平。


圖4:PCB的設(shè)計(jì)4


測(cè)量4種條件下IC的溫度,結(jié)果如圖5、6、7、8所示。


圖5:PCB設(shè)計(jì)1IC溫度


圖6:PCB設(shè)計(jì)2IC溫度


圖7:PCB設(shè)計(jì)3IC溫度

圖8:PCB設(shè)計(jì)4IC溫度


由實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,可以得到以下結(jié)論:


(1)電源IC芯片用來散熱的管腳,使用大的散熱銅皮和多層直接在散熱管腳下面布設(shè)過孔連接這些多層,可以極大提高散熱性能。但是,多層設(shè)SW銅,如果SW管腳下面不直接布設(shè)過孔,會(huì)極大影響散熱性能。


(2)多層PCB板,即使僅有設(shè)SW銅,只要第2設(shè)GND銅平面,可以達(dá)到多層設(shè)SW銅同樣的散熱效果。由于2的距離比較近,熱量可以有效的通過傳導(dǎo)和輻射的方式,到達(dá)2GDN平面,然后散出去;而且,這種設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的干擾最小。


(3)只有孤島的皮、下方鏤空的設(shè)計(jì),散熱效果最差。

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