讨论: DC-DC模块电源设计和Layout中对效率和Thermal的综合考虑

讨论: DC-DC模块电源设计和layout中对效率和thermal的综合考虑
以上是本人的一些浅薄看法,请各位高手多加指导,点评.多发表意见.

szrg兄在"DC/DC模块电源简介及常用的拓扑结构"这个贴子里面曾谈到,对于1/4砖和1/8砖来说,效率是个重要问题. 现在就个人理解来浅谈一下这个问题.
对于1/4砖和1/8砖,效率是个大问题.提高效率的目的是降低LOSS,但关键还是出于thermal考虑.一般情况下, 1/8砖一般情况下的正常散热能力也就是7W左右.再往上就越来越吃力,散热的设计也就更困难,风速也会要求得越来越高, 否则只有牺牲功率的derating曲线.  按1/8砖输出60W来算,LOSS为7W左右时,效率就要求达到89%. 而要在全范围输入电压,输出负载条件下这一点不太好达到,尤其对于象输出为1.8V,1.2V等低压大电流的模块.
为避免上述情况,设计前的paper design阶段详尽的计算是必不可少的. 在架构,主要元件确定后, 下面就是LOSS的详细分析和计算, 如果计算出的LOSS过大的话,那么就直接回头review吧,不用再向前了.
刚才所述的为绝对的thermal情况.另外还有热平衡的问题. 也就是在模块上发热元件的分布要尽量平均, 这样才能充分利用模块本身来散热. 特别在一些thermal比较critical的情况下, 如果不能充分考虑热平衡性, 或者因为位置不佳,或者因为风扇稍远, 或者因为铺铜稍小, 那么某一点的过热, 哪怕就比相临元件热几度, 就会导致整个模块设计的失败.
对于这种情况,layout自然是最重要的考量.  Layout的不慎将使设计彻底失败.另外也提醒我们,paper design阶段的计算要结合到实际情况来计算,最起码考虑到散热器怎么装, 风扇从哪吹, ,margin要留出来.

对于thermal,  谈谈几点看法,包括设计和layout的:
1) 发热元件应尽量平均地分配在PCB上
2) 光耦,X5R 或 POSCAP 电容, 输入电感等对温度敏感元件或耐温低的元件摆放应远离热源
3) 对发热高的元件需在元件下方的PCB板上多铺铜,以降低元件温度.Mosfet 的应考虑在其漏极多铺铜.
4) 模块设计初期阶段的热评估,应考虑全范围的运行状况,来发现模块中的热点并进行改善.
5) 另外一个,在thermal考虑中, 铁芯是个要重点考虑的东东.因为CORE LOSS的曲线大家都看过, 低温下LOSS高, 高温下又变高, 只在某一段温度范围内表现相对较好. 所以在设计中应限制Core loss占总损耗的比重不要太大,以避免高温下的恶性循环.
6) 应特别检查模块在高温下的效率是否有异常变化.


以上只是一些浅薄的泛泛而谈,希望能起到抛砖引玉的效果, 因为模块设计的从始到终, thermal 都是最头疼的问题, 模块fail也多在这上面.