环球电气之家-午夜精彩视频-中国专业电气电子产品行业服务网站!

產品分類

當前位置: 首頁 > 工業控制產品 > 自動化控制 > 平板式開關電源

類型分類:
科普知識
數據分類:
平板式開關電源

使用通孔布置來最大化雙相電源模塊散熱性能的多層PCB布局方法

發布日期:2022-04-26 點擊率:100

  本文討論了一種使用通孔布置來最大化雙相電源模塊散熱性能的多層PCB布局方法。其中的電源模塊可以配置為兩路20A單相輸出或者單路40A雙相輸出。使用帶通孔的示例電路板設計來給電源模塊散熱,以達到更高的功率密度,使其無需散熱器或風扇也能工作。

解決電源模塊散熱問題的PCB設計

  圖1:包括兩個20A輸出的ISL8240M電路

  那么該電源模塊如何才能實現如此高的功率密度?圖1電路圖中顯示的電源模塊提供僅有8.5°C/W的極低熱阻θ,這是因為其襯底使用了銅材料。為給電源模塊散熱,電源模塊安裝在具有直接安裝特性的高效導熱電路板上。該多層電路板有一個頂層走線層(電源模板安裝于其上)和利用通孔連接至頂層的兩個內埋銅平面。該結構有非常高的導熱系數(低熱阻),使電源模塊的散熱很容易。

  為理解這一現象,我們來分析一下ISL8240Meval4Z評估板的實現(圖2)。這是一個在四層電路板上支持雙路20A輸出的電源模塊評估板

解決電源模塊散熱問題的PCB設計

  圖2:ISL8240Meval4Z電源模塊評估板

  該電路板有四個PCB層,標稱厚度為0.062英寸(±10%),并且采用層疊排列,如圖3所示。

解決電源模塊散熱問題的PCB設計

  圖3:ISL8240M電源模塊使用的四層0.062”電路板的層疊排列  該PCB主要由FR4電路板材料和銅組成,另有少量焊料、鎳和金。表1列出了主要材料的導熱系數。

解決電源模塊散熱問題的PCB設計
  

  SAC305* 是最流行的無鉛焊料,由96.5%錫、3.0%銀和0.5%銅組成。 W = 瓦特,in = 英寸,C = 攝氏度,m = 米,K =開氏度   

  我們使用式1 來確定材料的熱阻。

解決電源模塊散熱問題的PCB設計

  式1:計算材料的熱阻

  為確定圖3中電路板頂部銅層的熱阻,我們取銅層的厚度(t)并除以導熱系數與截面積之積。為計算方便,我們使用1平方英寸作為截面積,這時A=B=1英寸。銅層的厚度為2.8密耳(0.0028英寸)。這是2盎司銅沉積在1平方英寸電路板區域的厚度。系數k是銅的W/(in-°C)系數,其值等于9。因此,對于這1平方英寸2.8密耳銅的熱流,熱阻為0.0028/9=0.0003°C/W。我們可使用圖3顯示的每層尺寸和表1中的相應k系數,來計算每層1平方英寸電路板區域的熱阻。結果如圖4所示。

解決電源模塊散熱問題的PCB設計

  圖4:1平方英寸電路板層的熱阻

  從這些數字,我們可知33.4密耳(t5)層的熱阻是最高的。圖4中的所有數字顯示了從頂層至底層的這四層1平方英寸電路板的總熱阻。如果我們添加一個從電路板頂層至底層的通孔連接會怎樣?我們來分析添加該通孔連接的情況。

  電路板使用的通孔的成孔尺寸約為12密耳(0.012英寸)。制造該通孔時先鉆一個直徑為0.014英寸的孔,然后鍍銅,這會在孔內側增加約1密耳(0.001英寸)厚的銅壁。該電路板還使用了ENIG電鍍工藝。這在銅外表面上增加約200微英寸鎳和約5微英寸金。我們在計算中忽略這些材料,只使用銅來確定通孔的熱阻。

  式2是計算圓柱形管熱阻的公式。

解決電源模塊散熱問題的PCB設計

  式2:計算圓柱形管熱阻

  變量l是圓柱形管的長度,k是導熱系數,r1是較大半徑,r0是較小半徑。

  對12密耳(直徑)成孔使用該式,我們有r0=6密耳(0.006英寸)、r1=7密耳(0.007英寸)和K=9(鍍銅)。

解決電源模塊散熱問題的PCB設計

  圖5:12密耳通孔的表面尺寸

  變量l是通孔的長度(從頂面銅層到底面銅層)。電路板上焊接電源模塊的地方沒有阻焊層,但對其他區域,PCB設計工程師可能要求在每個通孔的頂部放置阻焊層,否則通孔上面的區域會空缺。由于通孔只連接外銅層,所以其長度為63.4密耳(0.0634英寸)。總通孔長度本身的熱阻是167°C/W,如式3所示。

解決電源模塊散熱問題的PCB設計

  式3:計算一個通孔(12密耳)的熱阻

  圖6列出了連接電路板各層的每段通孔的熱阻。

解決電源模塊散熱問題的PCB設計

  圖6:連接電路板各層的通孔段的熱阻

  請注意,這些值只是一個通孔本身的熱阻,并未考慮穿過電路板的每一段與圍繞它的材料是橫向連接的。

  如果我們分析圖4中各個電路板層的熱阻值,并將它們與一個通孔的熱阻值進行比較,似乎該通孔的熱阻比每層的熱阻高很多,但是請注意,一個通孔只占1平方英寸電路板區域的1/5000不到。如果我們決定比較更小的電路板區域,比如0.25英寸x0.25英寸(這是前面電路板區域的1/16),則圖4中的每個熱阻值將增加到原來的16倍。例如,t4和33.4密耳厚FR4層的熱阻會從5.21875°C/W增加至83.5°C/W。僅對該0.25英寸x0.25英寸區域添加一個通孔就會使穿過該33.4密耳FR4層的熱阻減少近一半(83.5°C/W和90.91°C/W)。0.25英寸x0.25英寸方塊的面積是一個通孔的面積的約400倍。那么如果在該區域布置16個通孔會怎樣?與一個通孔相比,所有平行通孔的有效熱阻將減小16倍。圖7比較了各個0.25英寸x0.25英寸電路板層與16個通孔的熱阻。0.25英寸x0.25英寸電路板的33.4密耳厚FR4層的熱阻為83.5°C/W。16個平行通孔具有5.6821°C/W的等效熱阻。

   這16個通孔只占0.25英寸x0.25英寸電路板區域面積的不到1/25,但可顯著減小從頂面到低層的熱阻連接。

解決電源模塊散熱問題的PCB設計

  圖7:熱阻值比較

  請注意,當熱向下流過通孔并達到另一層時,特別是另一個銅層時,其將橫向擴散到該材料層。添加越來越多通孔最終會降低效果,因為從一個通孔橫向擴散到附近材料的熱最終會與來自另一個方向(源自從另一通孔)的熱相遇。ISL8240Meval4Z評估板的尺寸是3英寸x4英寸。電路板上的頂層和底層有2盎司銅,還有兩個內層各包含2盎司銅。為使這些銅層發揮作用,電路板有917個12密耳直徑的通孔,它們全都有助于將熱從電源模塊擴散到下面的銅層。

  結束語

  為適應電壓軌數目的增多和更高性能的微處理器和FPGA,諸如ISL8240M電源模塊等先進的電源管理解決方案,通過提供更大功率密度和更小功耗來幫助提高效率。通孔在電源模塊電路板設計中的最優實現,已成為實現更高功率密度的一個越來越重要的因素。

下一篇: PLC、DCS、FCS三大控

上一篇: 索爾維全系列Solef?PV

推薦產品

更多
主站蜘蛛池模板: 土壤养分检测仪_肥料养分检测仪_土壤水分检测仪-山东莱恩德仪器 大型多片锯,圆木多片锯,方木多片锯,板材多片锯-祥富机械有限公司 | 附着力促进剂-尼龙处理剂-PP处理剂-金属附着力处理剂-东莞市炅盛塑胶科技有限公司 | 北京网站建设|北京网站开发|北京网站设计|高端做网站公司 | 安规_综合测试仪,电器安全性能综合测试仪,低压母线槽安规综合测试仪-青岛合众电子有限公司 | 新能源汽车电机定转子合装机 - 电机维修设备 - 睿望达 | 水厂污泥地磅|污泥处理地磅厂家|地磅无人值守称重系统升级改造|地磅自动称重系统维修-河南成辉电子科技有限公司 | 武汉高低温试验机-现货恒温恒湿试验箱-高低温湿热交变箱价格-湖北高天试验设备 | 水篦子|雨篦子|镀锌格栅雨水篦子|不锈钢排水篦子|地下车库水箅子—安平县云航丝网制品厂 | 皮带机_移动皮带机_大倾角皮带机_皮带机厂家 - 新乡市国盛机械设备有限公司 | 宁夏档案密集柜,智能密集柜,电动手摇密集柜-盛隆柜业宁夏档案密集柜厂家 | 外贮压-柜式-悬挂式-七氟丙烷-灭火器-灭火系统-药剂-价格-厂家-IG541-混合气体-贮压-非贮压-超细干粉-自动-灭火装置-气体灭火设备-探火管灭火厂家-东莞汇建消防科技有限公司 | 蜘蛛车-高空作业平台-升降机-高空作业车租赁-臂式伸缩臂叉装车-登高车出租厂家 - 普雷斯特机械设备(北京)有限公司 | 干粉砂浆设备_干混砂浆生产线_腻子粉加工设备_石膏抹灰砂浆生产成套设备厂家_干粉混合设备_砂子烘干机--郑州铭将机械设备有限公司 | 精密五金冲压件_深圳五金冲压厂_钣金加工厂_五金模具加工-诚瑞丰科技股份有限公司 | 今日娱乐圈——影视剧集_八卦娱乐_明星八卦_最新娱乐八卦新闻 | 橡胶接头|可曲挠橡胶接头|橡胶软接头安装使用教程-上海松夏官方网站 | 大白菜官网,大白菜winpe,大白菜U盘装系统, u盘启动盘制作工具 | AR开发公司_AR增强现实_AR工业_AR巡检|上海集英科技 | 钢制拖链生产厂家-全封闭钢制拖链-能源钢铝拖链-工程塑料拖链-河北汉洋机械制造有限公司 | 高中学习网-高考生信息学习必备平台| 专业生物有机肥造粒机,粉状有机肥生产线,槽式翻堆机厂家-郑州华之强重工科技有限公司 | 快干水泥|桥梁伸缩缝止水胶|伸缩缝装置生产厂家-广东广航交通科技有限公司 | 硅胶布|电磁炉垫片|特氟龙胶带-江苏浩天复合材料有限公司 | 蜘蛛车-登高车-高空作业平台-高空作业车-曲臂剪叉式升降机租赁-重庆海克斯公司 | 金属雕花板_厂家直销_价格低-山东慧诚建筑材料有限公司 | 宽带办理,电信宽带,移动宽带,联通宽带,电信宽带办理,移动宽带办理,联通宽带办理 | 美国PARKER齿轮泵,美国PARKER柱塞泵,美国PARKER叶片泵,美国PARKER电磁阀,美国PARKER比例阀-上海维特锐实业发展有限公司二部 | 碳化硅,氮化硅,冰晶石,绢云母,氟化铝,白刚玉,棕刚玉,石墨,铝粉,铁粉,金属硅粉,金属铝粉,氧化铝粉,硅微粉,蓝晶石,红柱石,莫来石,粉煤灰,三聚磷酸钠,六偏磷酸钠,硫酸镁-皓泉新材料 | 合肥地磅_合肥数控切割机_安徽地磅厂家_合肥世佳电工设备有限公司 | 气动隔膜泵厂家-温州永嘉定远泵阀有限公司 | 无锡不干胶标签,卷筒标签,无锡瑞彩包装材料有限公司 | 新车测评网_网罗汽车评测资讯_汽车评测门户报道 | 成都热收缩包装机_袖口式膜包机_高速塑封机价格_全自动封切机器_大型套膜机厂家 | 青岛球场围网,青岛车间隔离网,青岛机器人围栏,青岛水源地围网,青岛围网,青岛隔离栅-青岛晟腾金属制品有限公司 | 「阿尔法设计官网」工业设计_产品设计_产品外观设计 深圳工业设计公司 | 深圳办公室装修-写字楼装修设计-深圳标榜装饰公司 | 工业胀紧套_万向节联轴器_链条-规格齐全-型号选购-非标订做-厂家批发价格-上海乙谛精密机械有限公司 | 活性氧化铝|无烟煤滤料|活性氧化铝厂家|锰砂滤料厂家-河南新泰净水材料有限公司 | 电主轴-高速精密电主轴-高速电机厂家-瑞德沃斯品牌有限公司 | 不锈钢轴流风机,不锈钢电机-许昌光维防爆电机有限公司(原许昌光维特种电机技术有限公司) | 蓝米云-专注于高性价比香港/美国VPS云服务器及海外公益型免费虚拟主机 |