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产品类别:AVR智能型稳压器

产品名称:通比牛牛大功率、可扩展、封装占板面积很小、

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  下面将要陈述的极少真相必然会让 DC/DC IC 及电途打算师不速,不外,可靠处境是,这些题目本日比几年前愈加明显。尽量这些打算师脑力庞大,明确打算艺术和打算学,具有充分履历,可能熟练摆弄波德图 (Bode plot)、麦克斯韦方程 (Maxwells equations) 和零顶点,或许打算出细密的 DC/DC 转换器电途,然而 IC 打算师一再看待末了一个恐怖的物理困难:热量。这历来是封装工程师的事儿。今朝,封装工程师对 DC/DC POL (负载点) 稳压器热机能的影响要比以往大得众,加倍是那些大功率、小封装稳压器。

  为组件聚集布列的编制选拔 POL 稳压器需求细心探究器件电压和电流额定值以外的成分。评估封装的热性格是必弗成少的步调,由于该性格决策了筑筑的冷却本钱、PCB 本钱和尺寸。3D 封装门径,又称为叠置、笔直、CoP 封装门径,同意大功率 POL 模块型稳压器占用很小的 PCB 面积,不外更首要的是,同意高作用散热。LTM4636 系列是第一个受益于这种叠置封装时间的 Module 稳压器系列。LTM4636 是一款以叠置电感器行为散热器的 40A POL Module 稳压器,作用为 95% 至 88%,办事时温度仅上升 40C,且仅占用 16mm x 16mm PCB 面积。

  POL 稳压器中电感器的巨细取决于许众成分,此中包罗电压、开合频率、通比牛牛需治理的电流及其布局。选用模块化门径时,包罗电感器的 DC/DC 电途是十足模制的,密封正在一种塑料封装中,看起来就像一个 IC 相通,电感器的巨细决策封装的厚度、体积和重量。电感器依然个发烧组件,降低了 POL 模块型稳压器的内部总体温度。之前计划的门径,即正在封装中集成散热器以将 MOSFET 和电感器的热量传导到封装顶部,这利害常有效的,可能将封装内部的热量从封装顶部速捷转达到封装外部,并最终转达到气氛中,这种散热器是一种冷却板或称无源散热器。不外,这种门径实用于尺寸和电流都较小的电感器,这种电感器很容易放入塑料模制封装中。功率较大的 POL 稳压器需求利用尺寸和电流都较大的电感器,将如此的磁性组件放入封装中,会使电途的其他组件被挤到旁边,是以增大了封装正在 PCB 上占用的面积。较大的占板面积意味着较重的封装。为了仍旧较小的占板面积,并进一步更正散热,封装工程师仍然开采出另一种门径:笔直、叠置或 3D 封装 (图 1)。

  大功率、可扩展、封装占板面积很小、出现热量更少的 POL 稳压器仍然浮现

  LTM4636 中的叠置电感器不是与塑料封装沿途模制 (密封) 的。其余组件则是模制的。电感器有奸滑的边角且布局体是升高的,便于裸露于气氛中,气氛更容易正在其方圆和上部滚动 (滚动阻力最小)。

  1) 采用轮廓贴装形式时,将热量传导到铜质 PCB 层,从封装底部散热。

  每平方 (或立方) 厘米 40W 的 POL 稳压器应当好于每平方厘米 30W 的稳压器。发卖商运用功率密度上风发卖产物,编制打算师对稳压器功率密度的哀求逐年降低,以依据下一版更速、更小、噪声更低、作用更高的产物与敌手比赛。正在选拔“更好的”POL 稳压器时,更高的功率密度数值是决策性成分吗? 咱们从如下几个方面来探究这个题目。

  末了一个需求探究的成分是这款 POL 稳压器是否易于冷却。数据外中供应的封装热阻值是仿真和揣度该器件的结温、境遇温度以及外壳温度上升的症结数据。因为轮廓贴装封装的大局部热量都是从封装底部扩散到 PCB,是以数据外中务必显然证明组织指示规矩和各类热量衡量条目及门径,免得正在后续变成编制原型时浮现无意。

  不外,3 年前浮现了一种革新性模块封装门径,该门径运用可用气流杀青器件冷却。散热器集成到模块封装内部,是十足模制的。该散热器样式怪异,一轨则在封装内接连到发烧源 MOSFET 和电感器,另一端是一个平缓的轮廓,表露于封装顶部。依据这种新型封装和内置散热器时间,器件可能正在某些气流的用意下速捷冷却,由于正在封装顶部,平缓的散热器轮廓与气氛接触,气氛可能从封装顶部带走热量 (参睹 TechClip 视频中的 LTM4620 数据外)。另一种降低大功率 POL 稳压器热机能的封装理念又将这种门径向前饱动了一步。

  尽量上述某些或一齐门径对束缚编制热量都很有用,然而采用这些散热门径也许会使编制或最终产物遗失比赛上风。最终产物 (比方途由器) 或者因为用意正在 PCB 上增加组件之间的隔绝而变得太大,因为电扇数目增补和气流速捷进开赴烧的电途而导致可听的噪声增大,这些成分最终也许会使最终产物成为商场上的下等品,由于为了正在比赛中胜出,各公司都连续正在紧凑性、揣度材干、数据传输速度、作用、冷却本钱等方面做出更正。28nm、20nm 和低于 20nm 的数字器件供应更高机能,但功耗更大,而筑筑供应商则正在依据更速、更小、噪声更低、作用更高的革新彼此比拼。新型数字时间材干出众、令人焕发,但背后还是存正在模仿和电源时间角力,以正在封装更小的处境下供应更大功率,同时最大控制减小对编制总体温度的影响。具备较高功率密度的 POL 稳压器相似是一个不错的选拔:这种稳压器尺寸较小,但功率较大。

  除了从顶部散热,LTM4636 还可能高作用地将热量从封装底部转达到 PCB。该器件有 144 个 BGA 焊锡球,这些焊锡球成排成排地接连到有大电流流过的 GND、VIN 和 VOUT。这些焊锡球合起来充任向 PCB 转达热量的散热器。LTM4636 为从封装顶部和底部散热而举行了优化。

  大功率开合 POL 稳压器靠电感器或变压器将输入电源电压转换成坚固的输出电压。非隔断式降压型 POL 稳压器利用一个电感器,该电感器以及 MOSFET 等陪同的开合组件正在 DC/DC 转换时出现热量。大约 10 年前,因为封装时间的提高,包罗磁性组件正在内的扫数 DC/DC 稳压器电途可能装入一个模制塑料封装中,称为模块或 SiP,模制塑料封装内部出现的大局部热量务必从封装底部指挥到 PCB。降低封装散热材干的任何古板门径都市导致封装变大,比方正在轮廓贴装封装顶部附着一个散热器。

  当然,尚有极少无源和有源散热门径,为计划轻易起睹,咱们将这些门径全部归入上述第二个种别。是以,从热量处置的角度来看,要仍旧包罗 DC/DC POL 稳压器正在内的扫数编制正在太平的温度领域内运转,更众铜质 PCB 层、更大的 PCB 面积、更厚的 PCB 层、正在 PCB 上散漫摆放组件、更大和转速更速的电扇等都是好目的。好目的是好目的,不外对小型、大功率 POL 稳压器举行热量处置时,是否尚有其他有助的门径?

  其次是作用,作用题目不正在第一位,而是正在第二位。单提作用会出现误导,仅用作用来外述一个 DC/DC 稳压器的热性格是不切确的。还需求揣度输入电流和负载电流、输入功耗、功耗、结温 ... 等等。不外,为了更好地证明题目,应当正在探究输出电流降额以及其他与器件及其封装相合之热量数据的同时,探索作用数值。比方,一个作用为 98% 的 DC/DC 降压型转换器会给人留下极其深远的印象。愈加令人惊叹的是,这款转换器还声称具备精华的功率密度数值。你会不会买这个器件?

  起初,把功率密度数值放正在一边,探索一下 POL 稳压器的数据外。找到热量降额弧线。描摹详细的 POL 稳压器数据外应当有许众这类弧线,离别章程了分歧输入电压、输出电压和气流速率时的输出电流、输出电压和气流速率。换句话说,如此的数据外应当显示正在全体电途条目下 POL 稳压器的输出电流材干,如此打算师才或许凭据稳压器的热量和负载电流材干判定其是否实用。稳压器是否餍足编制的样板和最高境遇温度及气流速率哀求? 请记住,输出电流降额与器件的热机能相合。这两个成分亲近相干,划一首要。

  打算优良的封装应当或许高作用地通过一齐封装轮廓匀称散热,以排除热量鸠集题目和热门,这些题目会下降 POL 稳压器的牢靠性,应当排除或减轻。如之前所述,PCB 控制接收轮廓贴装 POL 稳压器的热量并供应散热途径,不外,正在今朝聚集、庞大的编制中,气流是很常睹,是以一种打算思绪愈加敏捷的 POL 稳压器运用了这种“免费”冷却机缘,用来去除 MOSFET 、电感器等发烧组件出现的热量。

  图 2:LTM4636 用叠置电感器行为散热器,以很小的占板面积杀青了令人印象深远的热机能

  一位老道的工程师应当问问 2% 的作用亏损有什么影响。这种作用亏损是若何转换成封装温度上升的? 这种高功率密度和高作用稳压器正在 60C 境遇温度和 200LFM 气流时结温是众少? 要冲破 25C 室温时的样板数值来斟酌题目。正在 -40C、85C 或 125C 的尽头温度时测得的最大值和最小值是众少? 假设封装热阻过高、结温上升到太平办事温度领域以外时何如办? 假设这款腾贵的稳压器务必降额到很低的输出电流值,那么会不会因输出功率材干削弱而使该器件的高代价不再合理?

  采用 3D 封装这种构制 POL 稳压器的新门径,可能同时取得 PCB占板面积很小、功率更大、热机能更高这 3 个甜头 (图 1 和图 2)。LTM4636 是一款Module (微型模块) 稳压器,具内置 DC/DC 稳压器 IC、MOSFET、援助性电途以及一个大的电感器,可下降输出纹波,供应高达 40A 的负载电流,并从 12V 输入供应精准坚固的 3.3V 至 0.6V 输出电压。4 个 LTM4636 器件可能均分电流,以供应 160A 负载电流。该器件的占板面积为仅为 16mm x 16mm。假设揣度一下,功率密度利害常高的。不外,要记得不要被数字戏弄。对编制打算师而言,这款 Module 稳压器的好处是热机能,以及令人印象深远的 DC/DC 转换作用和散热材干。

  一个 LTM4636 的负载电流额定值是 40A。两个采用电流均分形式 (或并联) 的 LTM4636 供应 80A 电流,4 个 LTM4636 则供应 160A 电流 (图 6 和图 7)。LTM4636 的电流形式架构同意正在众个 40A 模块之间切确均分电流。切确的电流均分又同意正在两个、3 个或 4 个并联器件之间均衡散热 (图 6 和图 7)。因为这种均衡散热材干,是以没有哪一个器件会过载或过热。这种器件的另一个特性是或许异相运转,以下降输出和输入纹波电流,纹波电流下降又有助于删除输入和输出电容器数目。比方,4 个 LTM4636 以 90 相差运转 (360 ÷ 4)。该器件还供应时钟和相位驾驭效用。其它,增大功率时所需组织办事很浅易,只需复制和粘贴占板面积即可 (符号和占板面积可用)。

  2) 用寒气流从封装顶部散热,或者更切确地说,热量被转达到与封装顶部轮廓接触、温度更低、速捷运动的气氛分子中。

  POL 稳压器之是以出现热量,是由于没有电压转换作用或许抵达 100%。如此一来就出现了一个题目,由封装布局、组织和热阻导致的热量会有众大? 封装的热阻不但降低 POL 稳压器的温度,还降低 PCB 及方圆组件的温度,并使得编制散热打算愈加庞大。

  图 1:用于大功率 POL 稳压器模块的 3D 或笔直封装时间升高了电感器安排处所,将其行为散热器裸露于气流中。DC/DC 电途的其余局部装置正在电感器下面的衬底中,以使封装占用较小的 PCB 面积,并降低其热机能。

  为了仍旧很小的占板面积 (16mm x 16mm BGA),占板面积很大的电感器升高了安排处所,并固定正在两个铜线框之上,以便其余电途组件 (二极管、电阻器、MOSFET、电容器、DC/DC IC) 或许焊接正在电感器下面的衬底上。假设电感器安排正在衬底上,那么 Module 稳压器或者很容易就占用胜过 1225 平方毫米的 PCB 面积,而不是现正在的 256 平方毫米。这种门径使编制打算师或许打算出愈加紧凑的 POL 稳压器组织,不外该门径尚有一个特殊大的好处,它可杀青优良的热机能。

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