無基板DC/DC電源變換器
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
傳統(tǒng)的隔離DC/DC變換器的轉換效率偏低，需要采取散熱措施來防止器件過熱。其結構中一般包括一塊金屬基板，以固定散熱器并將內部原件產生的熱量傳導到散熱器上。金屬基板也帶來了一些問題：一是增加器件成本、高度和重量；二是結構存在若干容易失效的機械和導熱連接層；三是加重了共模噪聲污染。
電路系統(tǒng)設計目前更多地采用分布式供電架構，通過靠近負載的DC/DC變換器提供更低的電壓和更大的電流。由于對電路板空間的要求越來越嚴，需要降低電源模塊的發(fā)熱率，以取消占很大空間的散熱裝置。美國SynQor公司采用了一種新型設計，取消了電源基板，本文將對這一新型電源技術作一個簡要介紹。
2 傳統(tǒng)帶基板變換器的結構原理
傳統(tǒng)DC/DC變換器產品都帶有一個與功率電路（如晶體管、整流器和變壓器）有著緊密導熱接觸的基板（大多是金屬板）。典型的變換器中，基板覆蓋有一薄層絕緣材料，其上制作功率電路的單層銅連接圖形。功率元件焊接在該導線層上，實現電連接和透過薄絕緣層到基板的散熱。
由于只利用了襯底的一個面，難以容納下變換器的所有元件，于是大多數轉換器要另外采用一塊印制電路板來擺放控制電路。控制電路疊放在金屬板襯底上方。全部引腳，包括電源輸入、輸出，僅通過焊接的方法固定，此外沒有其他到功率電路襯底的引腳固定結構。為了讓控制電路板散發(fā)的少量熱量也能傳導到基板上，在兩者之間還要灌注一些特殊導熱材料。
DC/DC變換器的多層結構使總厚度難以控制在0.5＂（約12.7mm）以內。為降低厚度，控制電路板在大尺寸的功率器件（如變壓器）上方的部分往往被挖去，另外也可以對基板有高元件的區(qū)域進行減薄。
隨著電源技術的發(fā)展，這類結構高度有了稍許改進。一些被知名人士為“開放框架”式的變換器不再使用灌注材料，其結構允許少量氣流通過整個變換器。另一些則是讓發(fā)熱元件的封裝直接與金屬板緊密接觸，而通過另一塊印制電路板實現電氣連接。還有一些設計是將整個變換器制作在一塊印制電路板上，再向電路板上附加一塊金屬基板并讓基板與功率元件間有良好的熱接觸。
3 “開放電路板”式DC/DC變換器技術
時下最新的DC/DC變換器以同步整流器取代了原先使用的肖特基二極管，能在3.3V輸出時實現90%以上的效率。由于效率大大提高，其發(fā)熱量不到肖特基二極管的變換器（效率只有80%）的1/2，因此沒有必要添加散熱片和固定散熱片所用的基板，采用開放電路板結構就成為可能。SynQor公司的電源變換器就是這一新型設計的范例。
這種電源變換器只需要單塊印制電路板（PCB）襯底，襯底可用通常的印制電路板制作，但要加大銅導電層厚度，以滿足載流要求。所有的功率和控制元件用標準的表面貼裝工藝安裝到電路板的兩面。帶磁芯變壓器和電感的繞組也制作在PCB板上。鐵氧體芯則插入孔中部分的截面為多邊形，為焊料沿引腳流下提供了一條通路，這樣在引腳和電路板過孔間實現了良好的電的和機械連接。引腳底端突緣，以保證變換器元件離下方的負載電路板至少40mil（約1mm），而所占用的變換器襯底和負載電路板面積卻很小。整個變換器高度僅0.4＂（約1cm），其中只有幾個元件達到了這一高度，而其余大部分元件的高度較低。
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