高性能DCDC设计的关键之电源热设计(四)—器件的散热

这一块我会给大家讲一下

就是说我们这个芯片是如何去散热的

它的路径有哪些

这一块我想这个 PPT 我想跟大家讲

就是说你看对于这些芯片

大家这种封装可能大家经常见

SOT23 的、SOIC8 的

这都是工业上用的

就 SOIC8 的这个工业上用的比较多的

它有两种

一种是带散热片的

一种没有散热片的

大家可以看到这是一个在低 K 的板

前面这个斜杠前面

用的是低 K 的情况下测的这个值

后面这部分是高 K 情况下

就是说同时用的是四层板的两层信号

两层功率

然后看到这个系数

差异是相对来讲比较大的

所以这个板对它的影响

还有材质对它的影响散热的影响很严重

那这一块就是大家可以看到

刚才这个系数变化很大

刚才有一百多

现在只有二十多

那是这个 SOIC8 的

我们内部叫 DDA 的封装

可能现在我们目前 Cree 这边用到我们这些料

就有这种类似于这种 IC

因为功耗比较低

所以我们用了这料

用的就是这种没有加散热片的

大家看这个系数就会小很多

这块就是我这张这点我就想再给大家介绍一下

就是说我们的 IC 在散热

如果你有散热片的话

它的热主要是通过散热片和底层板之间

通过底层板之间进行传递和散发的

那在散热片这个地方尽量要多打一些孔

这些孔可以把这个热量传到底层板

通过底层板的底层的铜皮进行散热

那有 80% 其实是将近 80%，70% 多

它是通过底板来走的

这个散热片走的

有 20% 通过你的引脚

因为这个引脚它是通过 bonding 线和我的

其实在里面它是连到这上面来的

这些金属的导热是很厉害的

所以它可以通过这个引出去进行散热

如果没有散热片

那么它的热大部分都是经过这个 Pin 脚引出来散出去的

所以我们在布线的时候一定要如果没有散热片

那一定要在这个 Pin 脚上面

这些功率的 Pin 脚上面布很多的铜皮

然后尽量厚

然后打一些

如果有两层板或者多层板

打一些孔打到底层去

这样它的热性能会提高很多

可能 30℃、40℃ 都有

这一块就是说我想给大家看一下

就是说我们用不同的这个 PCB 板

还有你这个封装的形式

它对这个它的这个计算成热阻的差异

因为热阻越大

也就是表征到你这个封装的散热能力就越差

大家可以看到

对于这个 SOP，TSSOP 的这个封装

这一颗是用 TI 的板子

同时它是有散热片的

测出来 K 值

测出来这个热阻值它可能只有四十左右

但是如果你用的是没有散热片的

然后用的是低 K 的板子

它本身板材它的散热能力也比较差的话

它可能到 190，190 多

所以这是很多四倍到五倍的差异

但是如果你用标准的

就是这种同样的用的是 TI 的这种测试板

它测出来之后

这个值可能只有 90

同样这两个是同样的一个封装

都是标准的封装

但不同的板材对它这个值的影响

大家可以看到

所以说我们在设计的时候

如果你对这个你这块板

或者你这个应用对它的功耗是比较大的

然后它对热的要求非常高

那你就尽量在选择板材的时候

PCB 板材的时候一定要注意

这一块就是我想跟大家简要介绍一下

就是说我们刚才说到

在计算这个功耗的时候

对不同的这个 DC/DC

DC/DC 包括线性的还有这个开关型的

所以这里有 LDO 的就很简单

输入减去输出

然后再乘以这个从输入端流过的电流

就是它这个 IC 所消耗的这部分功耗

这一部分就是说非同步的

非同步的其实就是这种

大家可以看到非同步的这个地方

它会多一个续流二极管

这个二极管是外部的

那么它产生的这个热不能散到 IC 里面

所以这里面它其实是这五个变量的函数

第一个就是说我上面这个管

它的一个导通的一个电阻

第二个就是说你输入和输出之间

因为你是开关型的器件

它一定有一个占空比在这边

占空比大和小是会影响到这个功耗的

对这个 IC 上面的损耗

另外就是还有就是说我们这个开关的损耗

就说你这个是一个动的引脚

你动的过程中它还是有电流走的

这是电压内发生变化

这是开关损耗

然后 MOS 管本身它是有驱动的

有可能是上百毫安的或者是两百毫安的

这个峰值的这个电流

所以它也有一定的损耗

本身还有我 IC 这一块

它的一个控制部分

内部的一些控制基准一些东西

它都会消耗电流

所以这个总功耗就是这五个变量的函数

同步的芯片它就是说

把这个二极管我用 MOS 管来替代

MOS 管替代它有两个好处

第一个让你整体的这个 BOM 成本会降低

第二个它的效率会提高

大家知道就说我这个二极管

它本身正向导通的时候

它的压差可能至少也得 0.4V 到 0.5V

对于 MOS 管来讲我可以做到

比如说 2A 的

我做到个 50mΩ 的

那你在正常走的时候它就 100mV

所以这个压降是就是这个功耗会比它小很多

所以效率上是一个很大的提升

第四个就是我们现在可能用的比较

就是说再大的一些基站上面用的还比较多的

就说它会用一些 MOS 管我做不进去

因为它可能要 50A

或者是甚至说上百安培的这个电流

那这个 MOS 管它要做到外面去

它单独告诉你

给一个控制部分电路

所以这部分电路它就很简单

一个是驱动的这个损耗

另外就是你这个控制器它本身的一个静态的损耗

当然这部分我们 TI 有个工具叫 WEBENCH

它第二到第四部分

这种非同步的、同步的和控制器

它的这个功耗我们都可以通过 WEBENCH 来进行模拟

不需要经过手动去繁杂的一个计算

所以我们在选择 IC 的时候

一定要选择合适的封装

对你不同的应用

一定要选择合适的封装

然后一定要计算一下

初步评估一下它的一个损耗是有多大

你这个热是不是能通过

这一块我会给大家讲一下

就是说我们这个芯片是如何去散热的

它的路径有哪些

这一块我想这个 PPT 我想跟大家讲

就是说你看对于这些芯片

大家这种封装可能大家经常见

SOT23 的、SOIC8 的

这都是工业上用的

就 SOIC8 的这个工业上用的比较多的

它有两种

一种是带散热片的

一种没有散热片的

大家可以看到这是一个在低 K 的板

前面这个斜杠前面

用的是低 K 的情况下测的这个值

后面这部分是高 K 情况下

就是说同时用的是四层板的两层信号

两层功率

然后看到这个系数

差异是相对来讲比较大的

所以这个板对它的影响

还有材质对它的影响散热的影响很严重

那这一块就是大家可以看到

刚才这个系数变化很大

刚才有一百多

现在只有二十多

那是这个 SOIC8 的

我们内部叫 DDA 的封装

可能现在我们目前 Cree 这边用到我们这些料

就有这种类似于这种 IC

因为功耗比较低

所以我们用了这料

用的就是这种没有加散热片的

大家看这个系数就会小很多

这块就是我这张这点我就想再给大家介绍一下

就是说我们的 IC 在散热

如果你有散热片的话

它的热主要是通过散热片和底层板之间

通过底层板之间进行传递和散发的

那在散热片这个地方尽量要多打一些孔

这些孔可以把这个热量传到底层板

通过底层板的底层的铜皮进行散热

那有 80% 其实是将近 80%，70% 多

它是通过底板来走的

这个散热片走的

有 20% 通过你的引脚

因为这个引脚它是通过 bonding 线和我的

其实在里面它是连到这上面来的

这些金属的导热是很厉害的

所以它可以通过这个引出去进行散热

如果没有散热片

那么它的热大部分都是经过这个 Pin 脚引出来散出去的

所以我们在布线的时候一定要如果没有散热片

那一定要在这个 Pin 脚上面

这些功率的 Pin 脚上面布很多的铜皮

然后尽量厚

然后打一些

如果有两层板或者多层板

打一些孔打到底层去

这样它的热性能会提高很多

可能 30℃、40℃ 都有

这一块就是说我想给大家看一下

就是说我们用不同的这个 PCB 板

还有你这个封装的形式

它对这个它的这个计算成热阻的差异

因为热阻越大

也就是表征到你这个封装的散热能力就越差

大家可以看到

对于这个 SOP，TSSOP 的这个封装

这一颗是用 TI 的板子

同时它是有散热片的

测出来 K 值

测出来这个热阻值它可能只有四十左右

但是如果你用的是没有散热片的

然后用的是低 K 的板子

它本身板材它的散热能力也比较差的话

它可能到 190，190 多

所以这是很多四倍到五倍的差异

但是如果你用标准的

就是这种同样的用的是 TI 的这种测试板

它测出来之后

这个值可能只有 90

同样这两个是同样的一个封装

都是标准的封装

但不同的板材对它这个值的影响

大家可以看到

所以说我们在设计的时候

如果你对这个你这块板

或者你这个应用对它的功耗是比较大的

然后它对热的要求非常高

那你就尽量在选择板材的时候

PCB 板材的时候一定要注意

这一块就是我想跟大家简要介绍一下

就是说我们刚才说到

在计算这个功耗的时候

对不同的这个 DC/DC

DC/DC 包括线性的还有这个开关型的

所以这里有 LDO 的就很简单

输入减去输出

然后再乘以这个从输入端流过的电流

就是它这个 IC 所消耗的这部分功耗

这一部分就是说非同步的

非同步的其实就是这种

大家可以看到非同步的这个地方

它会多一个续流二极管

这个二极管是外部的

那么它产生的这个热不能散到 IC 里面

所以这里面它其实是这五个变量的函数

第一个就是说我上面这个管

它的一个导通的一个电阻

第二个就是说你输入和输出之间

因为你是开关型的器件

它一定有一个占空比在这边

占空比大和小是会影响到这个功耗的

对这个 IC 上面的损耗

另外就是还有就是说我们这个开关的损耗

就说你这个是一个动的引脚

你动的过程中它还是有电流走的

这是电压内发生变化

这是开关损耗

然后 MOS 管本身它是有驱动的

有可能是上百毫安的或者是两百毫安的

这个峰值的这个电流

所以它也有一定的损耗

本身还有我 IC 这一块

它的一个控制部分

内部的一些控制基准一些东西

它都会消耗电流

所以这个总功耗就是这五个变量的函数

同步的芯片它就是说

把这个二极管我用 MOS 管来替代

MOS 管替代它有两个好处

第一个让你整体的这个 BOM 成本会降低

第二个它的效率会提高

大家知道就说我这个二极管

它本身正向导通的时候

它的压差可能至少也得 0.4V 到 0.5V

对于 MOS 管来讲我可以做到

比如说 2A 的

我做到个 50mΩ 的

那你在正常走的时候它就 100mV

所以这个压降是就是这个功耗会比它小很多

所以效率上是一个很大的提升

第四个就是我们现在可能用的比较

就是说再大的一些基站上面用的还比较多的

就说它会用一些 MOS 管我做不进去

因为它可能要 50A

或者是甚至说上百安培的这个电流

那这个 MOS 管它要做到外面去

它单独告诉你

给一个控制部分电路

所以这部分电路它就很简单

一个是驱动的这个损耗

另外就是你这个控制器它本身的一个静态的损耗

当然这部分我们 TI 有个工具叫 WEBENCH

它第二到第四部分

这种非同步的、同步的和控制器

它的这个功耗我们都可以通过 WEBENCH 来进行模拟

不需要经过手动去繁杂的一个计算

所以我们在选择 IC 的时候

一定要选择合适的封装

对你不同的应用

一定要选择合适的封装

然后一定要计算一下

初步评估一下它的一个损耗是有多大

你这个热是不是能通过