BUCK转换器多层PCB热设计技术

在实际应用中，许多降压型BUCK转换器通常使用连接至相应引脚的大型PCB铜皮来散热：单芯片BUCK电源IC主要使用IC的GND引脚，并焊接至PCB的GND铜。皮肤散发热量；一些内部具有分立MOSFET的BUCK电源IC，以及具有分立解决方案的BUCK转换器，例如使用控制器驱动分立MOSFET，功率级，功率模块或DrMOS，将使用开关节点SW的相应引脚焊接到铜皮上PCB散热。
本文主要讨论使用SW铺设PCB的铜皮以优化PCB的散热性能时如何优化PCB的设计。先前的研究：与设备散热引脚相对应的PCB板铜铺路面积越大，总热阻越低，并且设备的温度升高越低。
由于PCB上其他组件的限制以及PCB本身的尺寸，散热铜的放置皮肤的区域也受到限制。那么，对于多层PCB板，如何在每层上铺设铜并对其进行优化？我们以使用开关节点SW引脚来散热的BUCK电源IC来研究此问题。
输入电压：12V，输出电压：5V，输出电流：4A，工作频率：500KHz，4层PCB板，1OZ铜。 PCB设计1：在开关节点的SW引脚下，将4层PCB板的每一层都铺设相应的SW铜皮，然后使用多个过孔连接4层PCB的SW铜皮，特别是在IC底部的SW引脚下方。
布置多个通孔。图1：PCB设计1 PCB设计2：在开关节点SW引脚下方，将4层PCB板的每一层都放置有相应的SW铜皮，然后使用多个过孔连接4-的SW铜皮。
层PCB。但是，IC底部的SW引脚下方没有通孔。
图2：PCB设计2 PCB设计3：在开关节点的SW引脚下，仅PCB的顶层铺设有SW铜，其他层的相应位置均被挖空。图3：PCB设计3 PCB设计4：在开关节点的SW引脚下，仅PCB的顶层铺设有SW铜，其他层的相应位置均为GND铜层。
图4：PCB设计4在四个条件下测量IC的温度，结果如图5，图6，图7和图8所示。图5：PCB设计1的IC温度图6：IC温度PCB设计2图7：PCB设计的IC温度3图8：PCB设计的IC温度4从实验结果可以得出以下结论：（1）电源IC芯片用于散热的引脚较大的散热铜皮和多层铜皮，将过孔直接置于散热引脚下方以连接这些多层铜皮，可以大大提高散热性能。
但是，将SW铜皮多层敷设，如果在SW引脚下没有直接放置过孔，将会极大地影响散热性能。 （2）多层PCB板，即使仅顶层用SW铜皮敷设，只要第二层用GND铜皮敷设，也可以达到与多层SW铜皮相同的散热效果实现。
由于顶层和第二层之间的距离相对较近，热量可以有效地通过传导和辐射到达第二层的GDN平面，然后消散。而且，该设计对系统的干扰最小。
（3）仅顶部岛的铜皮和下面的挖空设计，散热效果最差。