【導讀】實際的應用中，很多降壓型BUCK變換器，通常要利用連接到相應管腳的大片PCB銅皮來散熱：單芯片的BUCK電源IC，主要利用IC的GND管腳，焊接到PCB的GND銅皮來散熱；部分內部封裝分立MOSFET的BUCK電源IC，以及采用分立方案的BUCK變換器，如使用控制器驅動分立MOSFET、Power Stage、Power Block或 DrMOS，都會利用開關節點SW對應的管腳，焊接到PCB的銅皮來散熱。本文主要討論使用SW鋪設PCB銅皮時，如何優化PCB的設計，來優化PCB的散熱性能。
前面研究過：器件散熱管腳對應的PCB板銅皮鋪的面積越大，總熱阻就越低，器件的溫升就越低，由于PCB板上其他元件及PCB本身尺寸的限制，散熱銅皮鋪設的面積也就受到限制。那么，對于多層PCB板，如何在各層鋪設銅皮，比較優化？
下面以一個使用開關節點SW管腳來散熱的BUCK電源IC來研究這個問題，輸入電壓：12V，輸出電壓：5V，輸出電流：4A，工作頻率：500KHz，4層PCB板，1OZ覆銅。
PCB的設計1：開關節點SW管腳下面，4層PCB板每層都鋪設相應的SW銅皮，然后用多個過孔連接4層PCB的SW銅皮，特別是IC底部SW管腳下面，布設多個過孔。
圖1：PCB的設計1
PCB的設計2：開關節點SW管腳下面，4層PCB板每層都鋪設相應的SW銅皮，然后用多個過孔連接4層PCB的SW銅皮，但是，IC底部SW管腳下面沒有布設過孔。
圖2：PCB的設計2
PCB的設計3：開關節點SW管腳下面，只有PCB的頂層鋪設SW銅皮，其他層對應的位置，鏤空。
圖3：PCB的設計3
PCB的設計4：開關節點SW管腳下面，只有PCB板的頂層鋪設SW銅皮，其他層對應的位置都為GND銅皮平面。
圖4：PCB的設計4
測量4種條件下IC的溫度，結果如圖5、圖6、圖7、圖8所示。
圖5：PCB設計1的IC溫度
圖6：PCB設計2的IC溫度
圖7：PCB設計3的IC溫度
圖8：PCB設計4的IC溫度
由實驗的結果，可以得到以下結論：
（1）電源IC芯片用來散熱的管腳，使用大的散熱銅皮和多層銅皮，直接在散熱管腳下面布設過孔連接這些多層銅皮，可以極大提高散熱性能。但是，多層鋪設SW銅皮，如果SW管腳下面不直接布設過孔，會極大影響散熱性能。
（2）多層PCB板，即使僅有頂層鋪設SW銅皮，只要第2層鋪設GND銅皮平面，可以達到多層鋪設SW銅皮同樣的散熱效果。由于頂層和第2層的距離比較近，熱量可以有效的通過傳導和輻射的方式，到達第2層GDN平面，然后散出去；而且，這種設計對系統的干擾最小。
（3）只有頂層孤島的銅皮、下方鏤空的設計，散熱效果最差。
來源：松哥電源 作者：劉松 王傳喜
來源：松哥電源 作者：劉松 王傳喜
