大电流DC/DC转换器的引脚设计

技术分类: 电源技术  | 2004-03-29
Martin F. Schlecht,美国SynQor公司首席执行官

为16W。
  通过测试电流如何从引脚发散可以找出该改善的原因。正如图中仿真所示,电流充分扩散以利用功率平面的宽度,必须经过几英寸的距离。但是由于两个引脚的放置位置仅相隔0.2英寸,它们的电流迅速地迭合在一起,就像只有一个引脚一样。因此,拥有两个引脚的作用被限制在引脚附近,而引脚附近的地方仅仅是整个扩散电阻的一小部分。
  然而,让我们来看看附加的引脚放置在半砖转换器的另一侧时的情况。图4说明SynQor大电流半砖引脚的设置,其中附加引脚放置在相反极性引脚外部0.2英寸的地方对齐。随着电极的反转,每对电源引脚的距离为1.6英寸。正如图2的电压情况显示,在离转换器6英寸的地方的电压降比仅采用一个引脚低约 40 mV。这种情况下,整体功率节约为8W,功率损耗为16W。图1和图2的区别很明显,因为在第一个引脚设计中,这两个输出引脚在从表面上看是不可区分的,而 在第二个设计中,它们之间明显地隔开了。
  第二个设计最重大的改进就是因为两个引脚之间的距离是1.6 英寸,而不是0.2英寸。这样一来,从每一个引脚的电流在与另一个电流迭合之前就基本完成扩散。由于有两个平行的通道,有效的扩散电阻几乎被分割
成两半。很显然,从用户的角度说,图4中附加引脚的位置比图3中的位置要好。
  除了上述说明的优势之外,SynQor的设计极大地降低了在客户的负载板上的电阻扩散,使连接的寄生电感能够降低90%。这个提高使模块具有更好的瞬态反应,降低输出纹波,改善均流能力。
  进一步说,图4的附加引脚的放置位置不仅能够降低负载板的功率损耗。转换器的一些热量也能够沿着引脚传下来,发散到负载板上。这条通路上可以有多少热量经过取决于负载板由于其他散热源的原因,温度有多高。在我们半砖的例子中,我们看见功率平面内的功率损耗通过选择更好的引脚地点,降低至8W。这个降低使转换器区域中的负载板温度更低,从而使更多的热量能够从转换器流向引脚。这样能够降低转换器的温度,并增加转换器的可靠性。
  由于不同的制造商有各自不同的引脚方式,有人可能会认为设计时不同的引脚方式间兼容设计是不可能的。但有趣的是,只需要很小的改进,不同的引脚设计可以彼此相互兼容替代,只需在负载板上多挖一些孔即可。然而,问题并不仅仅是非独家供货问题,而是性能。采用相反极性引脚的设计带来更低的电压降、电感和功率损耗,极大地提高了性能。如果采用相反的极性引脚组,其他的转换器能够达到相似的性能提升,尽管它们将附加引脚放在目前的地方。这就是为什么行业标准的选择必须非常明智,不仅仅要考虑引脚的位置,同时还有考虑引脚极性和导致的性能变化。
  大电流四分之一砖转换器上安装附加引脚的位置也有同样的问题。例如, SynQor公司在其60A四分之一砖的产品上在原有引脚外部0.15英寸处放置附加的引脚。更重要的是,与半砖布局一样,该设计将极性相反的终端并排放在一起。尽管对这个更小的转换器来说,给定的终端两个引脚之间的距离现在仅为0.75英寸,而不是1.6英寸,这个设计比给定终端两个引脚之间距离仅为0.15英寸的设计更加优越。
  这个分析说明,大电流转换器的引脚设计不应该忽视,而应该引起重视。性能的结果很真实,而且设计工程师还不确定行业标准将是什么。现在是为大电流转换器砖引脚确定一个明智的标准的时候了。当越来越多的四分之一砖转换器超过60A、也需要双倍的引脚设计时,这个要求会更加迫切。增加一倍的相反极性设置,并使引脚之间的距离最大化,能够为四分之一砖提供与二分之一砖同样的技术和商业优势。然而一些DC/DC转换器还维持双正、双负的配置。由于DC/DC转换器没有相关的标准化机构,针对大电流DC/DC转换器引脚标准化的任何决定都将由市场决定。换句话说,每个人都可能按照市场领导者的方式而行动。如果是这样的,让我们希望OEM和ODM厂商能够明智地选择。
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