了解WLAN散熱問題

無線局域網(wǎng) （WLAN） 或 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)是家庭中管理本地和互聯(lián)網(wǎng)的信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。我們現(xiàn)在期望我們的家庭安全系統(tǒng)、冰箱、烤箱、HVAC、筆記本電腦、手機和其他家用電子設(shè)備不僅相互交談，而且與我們交談。當今的趨勢是創(chuàng)建更小、更低功耗的WLAN設(shè)備來處理所有這些實體。WLAN在家庭中正在突飛猛進地擴展，對解決分布式WLAN系統(tǒng)的占用空間和散熱問題給予了極大的關(guān)注。那么，WLAN散熱問題是什么樣的呢？

有人說功率放大器（PA），低噪聲放大器（LNA）和濾波器是熱（多次以瓦特或功率測量）的消耗者。通常，這些器件通過以更快的數(shù)據(jù)速率運行來“消耗”功率或散發(fā)熱量，產(chǎn)生線性度和精度重傳問題，或因環(huán)境溫度變化而遭受效率損失。

這些都是合理的問題，但是在電源和PCB“暴飲暴食”問題方面，驅(qū)動所有這些功能的電源的設(shè)備也占據(jù)了最高的突出地位。這種設(shè)備操作規(guī)格的最終組合是高效率和小尺寸。

為了解決這些問題，我將首先研究傳統(tǒng)的電源發(fā)電解決方案。一個簡單的LDO對電源電壓進行下變頻是一個很好的開始。LDO解決方案最容易用小尺寸芯片和幾個電阻/電容實現(xiàn)，但其效率很差。對于 24V 至 5V LDO 轉(zhuǎn)換，您的效率額定值為 21%。此外，高輸出電流需要笨重的散熱器，這將使小尺寸LDO的優(yōu)勢降至列表底部。

更好的方法是使用降壓型DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器或降壓轉(zhuǎn)換器。利用降壓轉(zhuǎn)換器，分立電感和開關(guān)策略可管理我們的 24V 至 5V 電源的轉(zhuǎn)換，效率更高。這將這種電源解決方案的效率從21%提高到80%。

傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器的布局功耗為~35.64mm2空間（圖2）。

傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器PCB布局（35.64mm2)

但是，我確實說過涉及分立電感器，這會消耗PCB空間。這些器件需要額外的電容器來完全實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換，同時需要一定程度的設(shè)計工程智能來完成開關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計的組件選擇。

圖1中的降壓轉(zhuǎn)換器解決了LDO效率問題，但由于霸道電感的尺寸，我們?nèi)栽谂c整體尺寸問題作斗爭。我們可以做得更好。

讓我們用降壓轉(zhuǎn)換器模塊來增加它。降壓轉(zhuǎn)換器模塊將電感吸收到IC封裝中，理論上可進一步減小PCB空間。但要使這一理論進入下一步，我們需要選擇一個利用一定程度封裝創(chuàng)造力的降壓轉(zhuǎn)換器模塊。

一些降壓調(diào)制器供應商已經(jīng)通過將內(nèi)置電感堆疊在集成電路頂部來實現(xiàn)下一步（圖 3）。

如MAXM15462 uSLIC功率模塊所示，微型系統(tǒng)級IC封裝具有電感和降壓轉(zhuǎn)換器IC堆疊。

圖3中的電源模塊將電感和降壓轉(zhuǎn)換器集成在一個簡單緊湊的封裝中。在成品封裝中，只需要三個電容器和四個電阻器所需的外部元件（圖 4）。

電感器/IC電路降壓模塊使PCB布局更小的封裝尺寸;2.6 毫米 x 3 毫米 x 15 毫米（寬 x 長 x 高）。

具有電感器/IC電路堆疊的降壓模塊大大減少了標準降壓轉(zhuǎn)換器解決方案占用的PCB空間。圖 4 布局（27.93mm2）比傳統(tǒng)的降壓轉(zhuǎn)換器布局（27.35mm）好64%2).

我們的分布式家庭WLAN系統(tǒng)繼續(xù)在整個家庭環(huán)境中使用。擺在WLAN設(shè)計人員面前的挑戰(zhàn)之一是實現(xiàn)這些具有高功率效率和低PCB空間的系統(tǒng)。一個好的起點從合理的電源策略開始，然后轉(zhuǎn)到其余組件。我們發(fā)現(xiàn)，典型的LDO解決方案在效率方面存在不足。傳統(tǒng)的IC開關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器在尺寸、設(shè)計周期時間和PCB面積利用率方面存在不足。將IC和電感器堆疊在一個封裝中的封裝可提供高效率和小尺寸，從而降低WLAN系統(tǒng)的溫度和尺寸。

審核編輯：郭婷