2 熱性能

熱性能

電源模塊通常將電感器安裝在封裝頂部。因此，除了 IC 損耗外，直流電阻 (DCR) 產(chǎn)生的熱量和電感器中的磁芯損耗也會(huì)增加封裝的總功耗。與 IC 和電感器并行排列的更大分立式解決方案相比，在同樣的工作條件下，模塊面臨著通過更小的表面積散發(fā)更多熱量的挑戰(zhàn)。這會(huì)導(dǎo)致模塊內(nèi) IC 溫度顯著升高，而在高負(fù)載電流下，模塊內(nèi)耗散的功率量會(huì)增加，因此溫升會(huì)更高。由于電感器和 IC 的溫度都有最大額定值，因此模塊在較高環(huán)境溫度下可以提供的最大輸出電流存在限制。

為了讓模塊在效率和最大可輸出電流方面能夠與分立式解決方案一爭(zhēng)高下，模塊解決方案中具備低結(jié)至環(huán)境熱阻 (R_?JA) 就至關(guān)重要。R_?JA 是用來衡量將模塊熱量轉(zhuǎn)移到周圍環(huán)境難易程度的指標(biāo)。R_?JA 是用來衡量熱性能的指標(biāo)。

R_?JA 由兩條平行的熱阻路徑組成：1) 結(jié)至外殼頂部 – 外殼頂部至環(huán)境（表示為 R_?JCTA）和 2) 結(jié)至外殼底部 – 外殼底部至 PCB – 以及 PCB 至環(huán)境（表示為 R_?JCBPA）。

由于模塊的大部分熱量都通過 R_?JCBPA 耗散，極少通過模塊頂部耗散，因此 R_?JA 可近似等于 R_?JCBPA。

其中，R_?JCB 是結(jié)到外殼金屬焊盤的熱阻，R_?CBP 是外殼金屬焊盤到 PCB 的熱阻，R_?PA 是 PCB 到環(huán)境的熱阻。

R_?JCB 在模塊封裝開發(fā)過程中被盡量降低，在 PCB 設(shè)計(jì)和布局過程中應(yīng)注意盡量減小 R_?CBP 和 R_?PA。添加接地層、增加銅層厚度以及在外露散熱焊盤下添加通孔等方法，都可以通過 PCB 設(shè)計(jì)提高散熱性能。

表 2-1 比較了模塊 TPSM82822 與 TPS62822 的分立式 IC 的 R_?JA。可以看出，與高 K (JEDEC 51-7) PCB 上的分立式解決方案相比，該模塊的 R_?JA 低了大約 20%。

對(duì)模塊的性能來說，選擇合適的電感器也非常重要。TPSM82822 模塊中集成電感器的選擇是基于小尺寸、低 DCR 和低磁芯損耗進(jìn)行的。