在CPU/GPU核心供电(<1V,>100A)中,电感的直流电阻(DCR)直接导致输出电压跌落和效率损失。本文分析低压大电流场景对电感DCR的极限要求,给出扁平线绕组、并联电感和PCB散热铜厚优化方案。
一、DCR对输出电压的影响
输出电压V_out = V_ref - I_out × (DCR + PCB电阻)。当V_out=0.9V,I_out=100A,DCR=0.3mΩ时,压降=30mV,占输出电压3.3%。若DCR=0.5mΩ,压降=50mV(5.6%),可能导致CPU欠压。
二、不同绕组结构的DCR对比
| 绕组类型 | 典型DCR(mΩ) @100A | 体积(mm³) | 成本 |
|---|---|---|---|
| 圆线(单股) | 0.8 | 中 | 低 |
| 多股细线(Litz) | 0.6 | 中 | 中 |
| 扁平线 | 0.25-0.35 | 小 | 高 |
| 铜片绕组 | 0.15-0.2 | 大 | 很高 |
三、并联电感方案
采用n颗小电感并联可降低等效DCR:DCR_eq = DCR_single / n。例如,4颗0.5mΩ电感并联,等效0.125mΩ。缺点:占用面积大,需注意均流。
四、PCB散热铜厚优化
电感DCR产生的热功率P = I² × DCR。100A、0.3mΩ时P=3W。PCB铜箔厚度应从标准1oz(35μm)增至2oz(70μm)或4oz(140μm),并增加散热过孔和底部铜皮。
五、Voohu低压大电流电感推荐
| 型号 | 电感量(μH) | DCR(mΩ) | 额定电流(A) | 并联建议 | 适用PCB铜厚 |
|---|---|---|---|---|---|
| WHYT1250-L | 0.15 | 0.25 | 80 | 2颗并联 | 2oz |
| WHYT1770-L | 0.12 | 0.18 | 120 | 单颗 | 4oz |
| 4×WHYT0630并联 | 0.22 | 0.125(等效) | 4×30=120 | 4颗 | 2oz |
六、热仿真验证
在85℃环境温度下,使用单颗0.25mΩ电感(电流100A),铜厚2oz、加散热过孔后,电感表面温度108℃(低于125℃限值)。若用1oz铜,温度升至125℃以上。
结语:低压大电流应用中,电感的DCR需控制在0.3mΩ以下。扁平线绕组和并联电感方案可有效降低DCR,配合加厚PCB铜箔和散热设计,确保电感温升在安全范围内。
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