电源管理系统的散热问题及解决办法

电源管理系统的散热问题及解决办法

    设计一款功率转换器并不简单，因为其中涉及多方面的技术知识。出色的功率转换器设计工程师必须对模拟及混合信号电路的设计、变压器绕组、电磁兼容性、封装及散热设计有一定的认识。由于电子产品的功率密度越来越大，加上不同的电源供应系统设计各有优缺点，因此工程师必须审慎考量，作出最适当的取舍，才可确保所采用的封装及散热设计能够满足电源管理系统的要求。部分电子产品需要传送大量数据，令系统结构越趋复杂，因此散热系统的设计越来越受到高度的关注。面对这种发展趋势，设计电源管理IC及芯片封装的工程师便不得不进一步改善热阻及板面空间的使用效益来满足进一步的要求。
　　称为“砖块”的模块式DC/DC转换器在20世纪80年代中期正式面世，自此以后，这方面的技术发展非常迅速。以十六分之一砖块的结构设计为例来说，1.2in2的印刷电路板板面空间可转换功率高达 33～50W。
　　电信系统总线可以在 36～72V 的电压范围内操作，这个电压范围比容差较小的数据通信系统总线更为广阔。总线转换器负责在总线上进行功率转换，其中的每一张子卡都互相分隔开。转换器采用这种砖块格局尚属首次，但砖块结构有它的优点，因为子卡上的供电可直接输入负载电路。近年来数字信号处理器及数字特殊应用集成电路大受欢迎，因此中间总线结构便应运而生。这种结构的优点是总线转换器可以提供隔离的 12～14V 供电，而卡上负载的点负载稳压器则负责进一步的功率转换。
　　设计电源的工程师一旦为应用系统选定电路布局之后，便要面对以下的问题：究竟需要多少功率转换级？转换器究竟应采用硬开关还是软开关？由于这两个问题的关系，选用哪一类开关及整流器便显得极为重要。大部分砖块式转换器都采用功率 MOSFET 组建电源开关及低电压同步整流器。经过多年的发展，MOSFET 技术已相当成熟，现在系统设计工程师甚至可以选用具有标准导通状态电阻 （RDS-ON） 的沟道型芯片及极间电容较低的平面型芯片。电压及电流的额定值一旦确定之后，选用哪一类芯片便要看芯片的最大损耗究竟来自开关速度还是来自导通状态电阻。近来，CDG/CGS比率受到系统设计工程师高度的重视，因为这个比率是显示高功率、高频率的半桥式功率转换级是否出现击穿情况的指标。