采用散热增强型紧凑型封装的降压型DC/DC电源模块的好处

分布式电源架构在当今的电信基础设施以及计算，网络系统和工业设备中很常见。因此，这种系统需要高功率DC/DC转换器以将高输入DC电压降压至低DC输出电压，以驱动各种IC，ASIC和遍布印刷电路板的其他此类半导体器件（多氯联苯）。这些半导体芯片集成了更多功能和特性，需要高密度，高性能和高功率降压DC/DC转换器来驱动它们。简而言之，由于空间限制，这些电源转换器必须提供高达100 W或更高的封装，这些封装占用的PCB占用空间小，能够处理耗散功率。

换句话说，这些易于设计的集成电源模块必须能够通过紧凑的封装提供高达100 W或更高的转换效率，而无需任何散热器。

本文将探讨这些集成电源模块，并关注其热性能，无需气流或散热器。将比较气流和无气流的测量电路板温度，以表明热增强型封装旨在有效地管理耗散功率。

有一些供应商满足这些需求。其中一个是Intersil。供应商已经准备了一个完全封装的降压电源模块，该模块采用耐热增强型四方扁平封装无引线封装（QFN）封装。指定的ISL8225M，提供高效率和低热阻，无需散热器或风扇即可实现全功率运行。具有引脚兼容性的更高电流版本是ISL8240M。

热管理

ISL8225M在单个QFN封装中集成了电阻，电容，电感和控制IC等元件

，具有良好的热性能等特性导电性好，重量轻，体积小。该封装的良好导电性和导热性归功于铜引线框架和裸露的铜导热垫（图1）。此外，铜引线框架和多组件组件采用聚合物模塑化合物包覆成型，以保护封装内的器件，这些器件可以表面安装。此外，热模塑料与大铜垫相结合，可实现均匀的热量分布，同时实现从封装到PCB的有效热传递。引线封装还允许简单的引脚访问以进行测试。

图1：ISL8225M QFN封装的良好导热性是归因于铜引线框架带有裸露的铜制导热垫。

因此，这种全封装的降压开关电源可以从17 mm方形PCB占位面积提供高达100 W的输出功率。其设计使电源模块能够在宽温度范围内满负载运行。两个15 A输出可以单独使用或组合使用，以提供单个30 A输出。电源模块支持4.5 VDC至20 VDC的输入电压，输出电压范围为0.6 VDC至7.5 VDC。此外，通过单电阻器修改，可以轻松地将输出电压调节到不同的电压。同样，高电流版ISL8240M的额定输出为40 A或两个20 A输出。其输入和输出电压额定值与ISL8225M类似。

ISL8225M QFN封装在自然对流时提供典型的结至环境热阻θJA约为10°C/W（~5.8）采用典型的4层PCB，温度为400LFM时为°C/W.要估算模块结温，请使用公式1。

Tjunction = P×ΘjA+ Tambient

在公式中，Tjunction是模块内部最高温度（°C），Tambient是系统环境温度（°C），P是模块封装的总功率损耗（W），θJA是模块结到环境的热阻。根据Intersil的说法，模块的高效率和低热阻使得无需散热器或风扇即可实现全功率运行。此外，带有外部引线的QFN封装允许轻松探测和可视焊接检测。

为了演示模块的功率处理能力，Intersil在标有ISL8240MEVAL4Z的评估板上进行了热测试，这是一个4层PCB，顶部和底部2盎司。铜和1盎司。内层铜（图2）。输入电压为12 VDC，在30 A负载电流下输出为1 VDC。开关频率为500 kHz。测量在室温下进行，没有气流。 PCB上捕获的模块的热图像如图3所示。可以看出，封装的最高温度为70.2°C，完全在功率模块的工作温度范围内。

图2：标有ISL8240MEVAL4Z的ISL8240M评估板，每路20 A的双输出或40 A的单输出。

图3：ISL8240M在30 A负载电流和1 V输出电压下的热像。

在类似的输入和输出电压参数下，模块的热图像在负载电流增加到40 A后被捕获。热图像，如图4所示，显示模块包运行于温度为93.8°C，完全在-40°C至125°C的工作温度范围内。

图4：ISL8240M在40 A负载电流和1 V输出电压下的热图像。

由于这些电源模块提供自动电流共享和相位交错，因此可以并联多达6个模块以获得更高的输出电流能力。为了表明至少有三个模块可以并联，而无需使用散热器或风扇来获得更高的输出电流，Intersil已经在并联配置中测试了这些模块的热性能。为此，三个ISL8225M模块并联连接，在1 VDC输出时提供超过90 A的输出电流。输入电压再次为12 VDC。三个并联的模块的热图像如图5所示。可以看出，所有三个模块都在额定工作温度范围内，不使用任何散热器或风扇。

图5：并联连接的三个ISL8225M模块的热图像。

从本质上讲，对于空间受限的应用，Intersil等制造商提供集成 - 电源模块，可通过散热增强型紧凑型封装提供高输出功率，无需散热器或气流。此外，这些模块可以轻松并联，以实现更高的输出功率，同时无需添加散热器或风扇。