CN109756109A - 开关降压电源及其散热系统 - Google Patents
开关降压电源及其散热系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109756109A CN109756109A CN201711065167.6A CN201711065167A CN109756109A CN 109756109 A CN109756109 A CN 109756109A CN 201711065167 A CN201711065167 A CN 201711065167A CN 109756109 A CN109756109 A CN 109756109A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- oxide
- semiconductor
- power supply
- metal
- power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 94
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 18
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本公开提供了一种开关降压电源，包括：开关电源芯片；N个上MOS管，N>1，所述N个上MOS管为并联连接，对于每一个上MOS管：其栅极连接到开关电源芯片的HDRV管脚；源极连接到开关电源芯片的SW管脚；漏极连接到电源板的电源输入端；M个下MOS管，M>＝1，当M>1时并联连接，对于每一个下MOS管：其栅极连接到开关电源芯片的LDRV管脚；源极连接到电源板的地输入端；漏极连接到开关电源芯片的SW管脚；其中，上MOS管和下MOS管状态相反，分别处于导通或截至状态中的一种，且N>M。本公开的开关降压电源转化效率较高，MOS管使用寿命长久，并具有良好的散热性能。
Description
技术领域
本公开涉及超算计算机电源领域，尤其涉及一种开关降压电源及其散热系统。
背景技术
超算计算机的算力强大，单台机器有接近上千瓦的功率，发热巨大。温度过高对元器件使用寿命和能量转化效率都有不利影响。因此，根据超算计算机的特殊结构，在有限的空间利用分立元器件做电源板，追求良好的散热，高可靠性和高电源转化效率是研究的重点。
目前，市面的PWM方式DC-DC降压电源通用设计中，作为开关作用的上、下MOS管数量相等，或者下MOS管数量多于上MOS管，这是因为目前的大多PWM开关电源输入电压和输出电压压差较大，导致占空比较小，下MOS管开通时间较长，承受压力更大，所以下MOS管的数量会多于上MOS管。而许多超算计算机芯片采用串联取电，需求电压可以达到10V以上，PWM电源模块的输入电压是稳定的直流电12V，因此占空比很高，所以采用市面的PWM方式DC-DC降压电源通用设计时上MOS管开通时间较长，压力较大，散热困难。因此，目前通用设计并不适用超算计算机。
公开内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种开关降压电源及其散热系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种开关降压电源，包括：开关电源芯片；N个上MOS管，N>1，所述N个上MOS管为并联连接，对于每一个上MOS管：其栅极连接到开关电源芯片的HDRV管脚；其源极连接到开关电源芯片的SW管脚；其漏极连接到电源板的电源输入端；M个下MOS管，M>＝1，当M>1时并联连接，对于每一个下MOS管：其栅极连接到开关电源芯片的LDRV管脚；其源极连接到电源板的地输入端；其漏极连接到开关电源芯片的SW管脚；其中，上MOS管和下MOS管状态相反，分别处于导通或截至状态中的一种，且N>M。
在本公开一些实施例中，所述上MOS管的数量N是下MOS管数量M的两倍。
在本公开一些实施例中，N＝2，M＝1。
在本公开一些实施例中，N个上MOS管和M个下MOS管二者同时控制使整个电路的输出电压为9～11V。
在本公开一些实施例中，所述的开关降压电源，还包括：输入电容组，包括一个电容或并联的至少两个电容，该输入电容组的两端分别连接到电源板的电源输入端以及地输入端；输出电容组，包括一个电容或并联的至少两个电容，该输出电容组的两端分别连接到电源板的电源输出端以及地输入端；输出电感，两端分别连接开关电源芯片的SW管脚以及电源板的电源输出端。
根据本公开的另一个方面，提供了一种开关降压电源的散热系统，用于对所述的开关降压电源进行散热，包括：电源板，其上设置有开关电源芯片、输入电容组、输出电容组、输出电感、上MOS管和下MOS管；其中，所述输入电容组、输出电容组和输出电感设置在电源板上表面，上MOS管、下MOS管设置在电源板下表面，且位于输出电感和输入电容正下方。
在本公开一些实施例中，在所述电源板上的上MOS管和/或下MOS管四周预留散热装置固定孔。
在本公开一些实施例中，所述散热装置设置在上MOS管和下MOS管的背面，用于给电源板下表面的上MOS管和下MOS管散热。
在本公开一些实施例中，所述散热装置为散热片。
在本公开一些实施例中，所述散热装置为配备的散热器，并且散热器处在整机散热风道之中。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开开关降压电源及其散热系统至少具有以下有益效果其中之一：
(1)由于设置上MOS管的数量多于下MOS管，从而多个上MOS管共同分担电流压力，可以承受更大的电流压力；并且由于多个上MOS内部Rds并联，因此电阻更小，MOS管内部消耗更小，MOS管使用寿命更长久，电源转化效率较高；
(2)由于采用多个MOS内部Rds并联及良好散热方案，因此发热更小，散热面积优，并且由于输入电容、输出电容和输出电感设置在电源板上表面，上MOS管、下MOS管设置在电源板下表面输出电感和输入电容正下方，因此具有更小的PCB面积，并进一步降低了电磁干扰。
附图说明
图1为本公开实施例开关降压电源的电路原理图。
图2为本公开实施例开关电源降压电路PCB布局示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1、电源板； 2、输入电容组
3、输出电容组； 4、输出电感
5、上MOS管； 6、下MOS管
7、散热装置固定孔。
具体实施方式
本公开提供了一种适用于超算计算机的开关降压电源，具有更小的PCB电源板面积；并且配置有良好的散热方案；同时具有较高的电源转化效率，MOS管使用寿命更长久。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种开关降压电源散热系统。图1为本公开第一实施例开关降压电源的电路原理图。如图1所示，本公开开关降压电源包括：
开关电源芯片；
N个上MOS管5，N>1，如图1中所示MOS管Q4、Q5，所述N个上MOS管5为并联连接，对于每一个上MOS管：其栅极(G)连接到开关电源芯片的HDRV管脚，用于控制上MOS管5的通断，源极(S)连接到开关电源芯片的SW管脚，漏极(D)连接到电源板的电源输入端VCC_INPUT；
M个下MOS管6，M>＝1，如图1中所示MOS管Q6，当M>1时并联连接，对于每一个下MOS管6，其栅极(G)连接到开关电源芯片的LDRV管脚，用于控制下MOS管6的通断，源极(S)连接到电源板的地输入端，漏极(D)连接到开关电源芯片的SW管脚；
其中，上MOS管5和下MOS管6状态相反，分别处于导通或截至状态中的一种，二者同时控制整个电路的输出电压9～11V；所述上MOS管5的数量N大于下MOS管6数量M。优选地，所述上MOS管5的数量N是下MOS管数量6M的两倍。特别地，N＝2，M＝1。
输入电容组2，包括如图1中所示电容C23、C24、C25及C26，各输入电容并联，两端分别连接到电源板1的电源输入端VCC_INPUT以及地输入端，用于储能和滤波；
输出电容组3，包括如图1中所示电容C31、C33、C34、C35、C36，各输出电容并联，两端分别连接到电源板1的VCORE_2端以及地输入端，用于储能和滤波；
输出电感4，如图1中所示电感L4，两端连接开关电源芯片的SW管脚以及电源板1的电源输出端VCORE_2，用于电源整流。
本公开的技术方案将DC-DC降压电源的上MOS管数量两倍于下MOS管数量，通过将多个上MOS管并联，从而开通时间较长的上MOS管压力分到多个MOS管上。因此，多个上MOS共同分担电流压力，可以承受更大的电流压力；同时，多个上MOS内部Rds并联，电阻更小，MOS管内部消耗更小，电源效率更高；并且电阻更小，发热更小，散热面积更优。
至此，本公开第一实施例开关降压电源介绍完毕。
在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种开关降压电源的散热系统。图2为本公开实施例开关电源降压电路PCB布局示意图，如图2所示，本公开开关降压电源的散热系统包括：
电源板1其上设置有开关电源芯片、输入电容2、输出电容3、输出电感4、上MOS管5和下MOS管6；
其中，所述输入电容2、输出电容3和输出电感4设置在电源板1上表面，上MOS管5、下MOS管6和逃逸(snub)电路(图未示)设置在电源板1下表面，且位于输出电感4和输入电容2正下方，在上MOS管5和/或下MOS管6四周预留MOS管散热装置固定孔7。
如图2所示，采用该布局可以占用更小的面积，以及实现更小的电流回路路径，从而降低PCB板phase的面积，进而可以减少电磁干扰。
散热装置设置在上MOS管5和下MOS管6的背面，主要用于给电源板1下表面的上MOS管5和下MOS管6散热。优选地，2个上MOS管5(图1中Q4及Q5)和一个下MOS管6(图1中Q6)为一组，散热装置设置在一组MOS管(Q4、Q5及Q6)的背面。
在一实施例中，所述散热装置为散热片，在不同的实施例中，所述散热装置为配备的专门的散热器，并且散热器处在整机散热风道之中，从而使电源板拥有更好的散热条件。
表1、表2分别为实际测试中采用散热装置和不采用散热装置时，MOS管散热的情况。从表中数据对比可以看出，添加散热片后散热效果明显增强。
表1.未采用散热片时散热情况
| 输入电压(V) | 输出电压(V) | 负载电流(A) | MOS管温度(℃) |
| 12.08 | 10.19 | 30 | 144.8 |
| 12.11 | 10.19 | 30 | 132.5 |
表2.采用散热片时散热情况
| 输入电压(V) | 输出电压(V) | 负载电流(A) | MOS管温度(℃) |
| 12.11 | 10.13 | 30 | 65.6 |
| 12.14 | 10.21 | 30 | 60.3 |
为了达到简要说明的目的，上述实施例1中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。
至此，本公开第二实施例开关降压电源介绍完毕。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种开关降压电源，包括：
开关电源芯片；
N个上MOS管(5)，N>1，所述N个上MOS管(5)为并联连接，对于每一个上MOS管(5)：
其栅极连接到开关电源芯片的HDRV管脚；
其源极连接到开关电源芯片的SW管脚；
其漏极连接到电源板(1)的电源输入端；
M个下MOS管(6)，M>＝1，当M>1时并联连接，对于每一个下MOS管(6)：
其栅极连接到开关电源芯片的LDRV管脚；
其源极连接到电源板(1)的地输入端；
其漏极连接到开关电源芯片的SW管脚；
其中，上MOS管(5)和下MOS管(6)状态相反，分别处于导通或截至状态中的一种，且N>M。
2.根据权利要求1所述的开关降压电源，其中，所述上MOS管(5)的数量N是下MOS管(6)数量M的两倍。
3.根据权利要求1所述的开关降压电源，其中，N＝2，M＝1。
4.根据权利要求3所述的开关降压电源，其中，N个上MOS管(5)和M个下MOS管(6)二者同时控制使整个电路的输出电压为9～11V。
5.根据权利要求4所述的开关降压电源，还包括：
输入电容组(2)，包括1个电容或并联的至少两个电容，该输入电容组(2)的两端分别连接到电源板(1)的电源输入端以及地输入端；
输出电容组(3)，包括1个电容或并联的至少两个电容，该输出电容组(3)的两端分别连接到电源板(1)的电源输出端以及地输入端；
输出电感(4)，两端分别连接开关电源芯片的SW管脚以及电源板(1)的电源输出端。
6.一种开关降压电源的散热系统，用于对如权利要求5所述的开关降压电源进行散热，包括：
电源板(1)，其上设置有开关电源芯片、输入电容组(2)、输出电容组(3)、输出电感(4)、上MOS管(5)和下MOS管(6)；
其中，所述输入电容组(2)、输出电容组(3)和输出电感(4)设置在电源板(1)上表面，上MOS管(5)、下MOS管(6)设置在电源板(1)下表面，且位于输出电感(4)和输入电容(2)正下方。
7.根据权利要求6所述的散热系统，其中，在所述电源板上的上MOS管(5)和/或下MOS管(6)四周预留散热装置固定孔(7)。
8.根据权利要求7所述的散热系统，其中，所述散热装置设置在上MOS管(5)和下MOS管(6)的背面，用于给电源板(1)下表面的上MOS管(5)和下MOS管(6)散热。
9.根据权利要求8所述的散热系统，其中，所述散热装置为散热片。
10.根据权利要求9所述的散热系统，其中，所述散热装置为配备的散热器，并且散热器处在整机散热风道之中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711065167.6A CN109756109A (zh) | 2017-11-02 | 2017-11-02 | 开关降压电源及其散热系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711065167.6A CN109756109A (zh) | 2017-11-02 | 2017-11-02 | 开关降压电源及其散热系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109756109A true CN109756109A (zh) | 2019-05-14 |
Family
ID=66397947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711065167.6A Pending CN109756109A (zh) | 2017-11-02 | 2017-11-02 | 开关降压电源及其散热系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109756109A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080265851A1 (en) * | 2007-04-24 | 2008-10-30 | Jason Zhang | Power switch-mode circuit with devices of different threshold voltages |
| CN102387663A (zh) * | 2010-08-30 | 2012-03-21 | 三星移动显示器株式会社 | 电子组件及其制造方法 |
| CN102891599A (zh) * | 2012-10-12 | 2013-01-23 | 无锡新硅微电子有限公司 | 提高dc-dc变换器轻载效率的方法及电路 |
| CN204497951U (zh) * | 2014-11-21 | 2015-07-22 | 陕西中科天地航空模块有限公司 | 一种小功率模块电源 |
| CN204497950U (zh) * | 2014-11-21 | 2015-07-22 | 陕西中科天地航空模块有限公司 | 一种模块电源 |
| CN205336116U (zh) * | 2016-02-06 | 2016-06-22 | 青岛鲁渝能源科技有限公司 | 一种无线供电系统的稳压控制电路 |
| CN207382192U (zh) * | 2017-11-02 | 2018-05-18 | 北京嘉楠捷思信息技术有限公司 | 开关降压电源及其散热系统 |
-
2017
- 2017-11-02 CN CN201711065167.6A patent/CN109756109A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080265851A1 (en) * | 2007-04-24 | 2008-10-30 | Jason Zhang | Power switch-mode circuit with devices of different threshold voltages |
| CN102387663A (zh) * | 2010-08-30 | 2012-03-21 | 三星移动显示器株式会社 | 电子组件及其制造方法 |
| CN102891599A (zh) * | 2012-10-12 | 2013-01-23 | 无锡新硅微电子有限公司 | 提高dc-dc变换器轻载效率的方法及电路 |
| CN204497951U (zh) * | 2014-11-21 | 2015-07-22 | 陕西中科天地航空模块有限公司 | 一种小功率模块电源 |
| CN204497950U (zh) * | 2014-11-21 | 2015-07-22 | 陕西中科天地航空模块有限公司 | 一种模块电源 |
| CN205336116U (zh) * | 2016-02-06 | 2016-06-22 | 青岛鲁渝能源科技有限公司 | 一种无线供电系统的稳压控制电路 |
| CN207382192U (zh) * | 2017-11-02 | 2018-05-18 | 北京嘉楠捷思信息技术有限公司 | 开关降压电源及其散热系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| TEXAS INSTRUMENTS: "《User"s Guide-Using the TPS40193EVM-001》", 31 May 2007 * |
| 孙清晓: "基于同步整流的电压调整器的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ramanjaneya Reddy et al. | Single‐stage electrolytic capacitor less non‐inverting buck‐boost PFC based AC–DC ripple free LED driver | |
| CN203722976U (zh) | 一种散热装置及具有该散热装置的电子设备 | |
| Shayeghi et al. | Non‐isolated DC–DC converter with a high‐voltage conversion ratio | |
| CN105917546B (zh) | 充电电路和移动终端 | |
| Shayeghi et al. | A high efficiency soft‐switched DC–DC converter with high voltage conversion ratio | |
| TWI441406B (zh) | 模組式直流電源轉換系統及其直流電源轉換模組 | |
| Ertekin et al. | A design for switched capacitor and single‐switch DC–DC boost converter by a small signal‐based PI controller | |
| CN207382192U (zh) | 开关降压电源及其散热系统 | |
| CN109756109A (zh) | 开关降压电源及其散热系统 | |
| CN1988345A (zh) | 包括安装在分离电路板上的控制器和功率组件的功率变换器 | |
| CN101668410A (zh) | 发热模块的散热系统 | |
| CN201210647Y (zh) | 功放用开关电源组件 | |
| Ismail et al. | Step‐up/step‐down DC‐DC converter with near zero input/output current ripples | |
| CN102843027B (zh) | 模块式直流电源转换系统及其直流电源转换模块 | |
| CN201213344Y (zh) | 子印制线路板散热器的固定装置 | |
| TW200412004A (en) | Adjustable power supply device with multiple input voltage levels | |
| CN2504569Y (zh) | 分体式热电制冷器 | |
| CN209805206U (zh) | 一种电子设备和包含其的电气柜 | |
| CN207909662U (zh) | 一种谐振驱动电源用变压器 | |
| CN109062345A (zh) | 一种新型的机箱 | |
| CN207074788U (zh) | 一种组装式电气元件组装架 | |
| CN107529319A (zh) | 散热装置及电子设备 | |
| CN204316939U (zh) | 一种功率模块及其组件 | |
| CN211239702U (zh) | 可拼接电路板和逆变器 | |
| CN214753238U (zh) | 一种具有减震防撞功能的高频变压器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190514 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |