电源模块是电子设备中不可或缺的组件,负责提供电力供应和电压转换。随着电子设备的功能越来越多、体积越来越小,电源模块的效率、体积、重量和厚度都面临了更高的要求,这导致了板载电源模块(BMP)的电源密度不断提高。在众多的电源模块设计中,开放式和封闭式是两种常见的选择,它们各自有不同的特点、优势以及适用场景。
开放式电源模块与封闭式电源模块在热性能、散热效率、空间占用、设计复杂度等方面都有所不同。开放式模块的设计更为简洁,通常没有外壳或者屏蔽,这使得模块可以做得更加轻薄,重量轻,厚度小,不过这也可能降低模块的散热性能和长期可靠性。而封闭式模块则有完整的外壳包裹,通常可以提供更好的热传导率,有助于散热,但是这会使得模块体积更大、重量更重。
在封装技术方面,单板封闭式和双板封闭式代表了两种不同的封装方式。单板封闭式模块通常只有一个电路板,而双板封闭式则有两块电路板,通常它们的封装都比较复杂。这两种封装方式都能够提供更好的热传导,从而提升模块的散热效果,但是可能增加模块的设计难度和生产成本。
在热性能方面,开放式与封闭式模块之间的差异很大程度上依赖于空气流态图,即空气流动是层流还是紊流。空气流态图通常由雷诺数(Reynolds Number)来描述,它是通过空气速度、特征长度和空气粘滞度来定义的。在层流状态下,开放式模块的热传导性能较差;而在紊流状态下,开放式模块可以提供更好的热性能。当空气流速在1.25ms-1到1.9ms-1之间变化时,开放式模块的性能开始优于封闭式模块。然而,如果空气流速低于1ms-1时,封闭式模块的热性能要更好一些。
在双板模块的测试中,FR4和IMS电路板之间的封装空间和结构对模块的热性能产生显著影响。双板开放式模块由于能从FR4和IMS板间的气流中获得一些好处,并且顶部金属板增强了对流,因此散热性能通常优于双板封闭式电源模块。
在选择板载电源模块时,用户需要考虑的因素包括应用环境的热要求、空气流速、物理空间限制、模块的长期可靠性以及成本等。单板开放式模块在某些情况下可能不如封闭式模块表现好,尤其是在空气流速较低时。双板开放式模块的散热性能通常优于双板封闭式模块。因此,在进行电源模块的选择时,应根据具体的应用场景和条件来权衡利弊,选择最适合的电源模块设计。在通信和计算设备中,分布式电源架构下使用的板载电源模块会随着器件、电路和封装技术的进步,继续朝着效率更高、体积更小、重量更轻、厚度更薄的趋势发展。