XVC770BE102 3BHE021083R0102 不仅尺寸和功率密度很重要

　　几十年来，带有整流器和线性调节器的交流变压器被用来产生DC电压。它们体积庞大，效率低于60 %，产生大量的废热。使用开关模式电源转换电压的技术在20世纪初就已经为人所知。1910年发明的汽油发动机点火电路是一个反激式转换器，最大开关频率为几百赫兹(图1)。

　　20世纪50年代和60年代的技术进步使得开关频率超过50 kHz，开关模式电源进入市场。这些变压器比交流变压器小75 %，效率超过80 %。从20世纪70年代开始，开关模式电源首先用于测量设备和计算机，后来用于工业和家庭应用。

　　不同的拓扑结构、先进的功率半导体和控制器芯片，加上数百kHz的开关频率，使得尺寸进一步减小，效率进一步提高。今天的解决方案只需要一小部分空间，并且已经成为更小电子设备的总体趋势的一部分。DC/DC转换器模块的尺寸和功率密度(W/cm或W/inch)已经成为一个重要特征。但是这些参数真的是唯一的决策标准吗?

　　不仅仅是尺寸和功率密度

　　最终起作用的是整个电源解决方案的整体尺寸、可靠性和最高环境温度，其中包括DC/DC转换器、冷却元件、输入埃米尔滤波器、保护电路和输出电容。在本文中，我们将研究使用P-Duke的FED60W的现有设计，这是一种2英寸x 1英寸的DC/DC模块，提供12 V/60 W的功率，然后展示P-Duke的两款新产品如何使设计人员能够在相同尺寸内将功率提高到100 W，或者通过将功率需求降至50 W来减小整体尺寸

　　热阻取决于散热器的尺寸和形状，以及应用中气流的速度和方向。当安装在PCB上时，DC/DC模块产生的一些热量会散发到PCB上。图2和图3中的图表基于不带PCB的模块。由于PCB的这种散热，安装在PCB上的2英寸x 1英寸模块的热阻降低了约25–35%。对于新产品，许多制造商将这种配置用于降额曲线，因为它更符合实际应用。热阻的精确定义可能相当复杂;因此，建议在实际应用中测量温度。

　　凭借100 LFM的气流和0.5英寸的散热器，该模块可以在85°C的环境温度下提供全功率，这是工业应用的典型值。这就把我们带回了本文的主题:这个60 W方案的真实尺寸和功率密度是多少?表1显示了通常用于证明功率密度的W/inch值:

　　实现这一性能提升的关键因素是降低损耗、改善散热器和PCB的热传递，以及避免模块中出现热点。先进的半导体和损耗较低的核心材料与其他技术相结合，有助于降低开关损耗。

　　P-Duke的新FED100W系列的效率高达94 %，可以在标准的2英寸x 1英寸封装中提供12 V/100 W的功率，全功率损耗为6.38 W。通过使用相同的散热器和气流，加上适当的PCB设计，该转换器可以直接取代以前使用的FED60W，但功率高达100 W。表2显示，带散热器的功率密度提高了67 %。该器件的另一个独特之处是最高外壳温度为110°C，在给定应用中可实现更高的环境温度、更小的散热器和更低的气流。