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液冷板拓扑优化如何影响周边MOS管与贴片电感的布局
文章出处：平尚科技
责任编辑：平尚科技
发表时间：2025-12-24
在液冷AI服务器的电源设计中，液冷板已从被动的散热部件，演变为主动定义功率模块布局、乃至电气性能的关键载体。其内部流道的拓扑结构——即冷却液流动路径的几何形状与分布——的每一次优化，都如同在电路板上重新绘制“热地图”，深刻影响着核心发热元件MOS管与储能元件贴片电感的安装位置、热耦合方式及最终的电气表现。传统的“先画电路，后贴冷板”的设计逻辑，正在被“冷热协同，一体化布局”的新范式所取代。
从散热器到布局约束：液冷板角色的转变过去，风冷散热器通常在电路布局大致确定后，根据热仿真结果进行选型和适配。而在高功率密度的液冷设计中，冷板常与PCB基板紧密结合，其内部的微流道网络直接决定了哪些区域是“高效散热区”（如流道正上方、进口或流道交汇处），哪些是“散热平庸区”（如流道末端或流道间隙）。这种固有的热性能不均质性，迫使电路设计者必须优先考虑功率元件的热需求，并将其作为布局的首要约束条件。平尚科技通过高可靠性的贴片电感，其优势，正是在这种严苛的、受散热条件严格限定的布局中得以充分发挥价值。
MOS管作为主要的热源，其布局策略直接由冷板拓扑决定。核心目标是将其结温控制在安全范围内。- 优先占据高效散热区：高边、低边MOS管组成的半桥，尤其是开关频率高、损耗大的控制器，必须优先布置在冷板的主流道上方或靠近进口的区域。这里冷却液流速快、温度低，能提供最低的热阻路径。优化后的冷板拓扑可能通过增加特定区域的流道密度或设计扰流结构，人为创造出几个“超级散热点”，这正是安放最关键MOS管的位置。
- 引入封装与安装革新：为了充分利用冷板的散热能力，MOS管的封装选择也随之变化。采用底部大面积裸露焊盘（Exposed Pad） 的DFN、QFN封装成为必选。布局时，必须确保该焊盘通过高品质导热界面材料（如导热凝胶）与冷板表面实现全面积、无空隙的接触。国内先进的工艺已能将此类界面的接触热阻降至0.1°C·cm²/W以下，使得MOS管产生的热量能无阻碍地导入冷板。
- 电气布局的妥协与创新：将MOS管钉死在高效散热区，可能会拉大其与驱动芯片、输入输出电容的距离，增加寄生电感和回路面积，不利于开关性能。为此，驱动电路有时不得不采用“分体式”布局，或使用更强的驱动芯片来克服长走线的影响。同时，PCB设计会采用更多层、更厚的铜层来减少寄生电阻。
对贴片电感布局的影响：在热管理与电磁干扰间寻求最优解贴片电感虽非最大热源，但其布局受到冷板拓扑和MOS管位置的双重夹击。- 热耦合与温升控制：电感存在铜损和铁损，自身也会发热。其布局需避开MOS管产生的热点，防止被“加热”。优化后的冷板拓扑会为电感预留出独立的、均匀的散热区域。平尚科技的功率贴片电感，采用金属合金磁芯和低直流电阻（DCR）设计，在冷板的有效散热下，其温升可被控制在比环境温度高15°C以内，从而保证感量在高负载下的稳定性（变化率<10%）。
- 电磁干扰与空间博弈：电感是强磁场源，需远离敏感的模拟信号线和控制芯片。同时，为了最小化高频开关回路面积以抑制电磁干扰和振铃，电感又必须尽可能靠近MOS管的开关节点。这是一场空间博弈。优化的冷板拓扑通过精确规划“热区”和“电气性能敏感区”，为电感找到一个折衷的“座位”——既能在冷板上有效散热，又能与MOS管保持较短的电气连接。通常，这个位置是在MOS管散热区的外围，通过短而宽的铜皮与开关节点相连。
通过液冷板拓扑与电气布局的协同优化，国内先进的设计可以实现：在多相并联的VRM电源中，即使单相电流超过100A，通过将每相的MOS管和电感作为一个“热-电单元”精准布置在冷板的最佳位置，能确保所有MOS管的结温差异控制在10°C以内，同时将功率回路的寄生电感降低至2nH以下。这不仅保障了均流效果和元件寿命，还使得开关电压尖峰减少超过30%，系统效率在典型负载下提升0.3%-0.5%。
液冷板的拓扑优化，实质上是对有限空间内“热通道”与“电通道”的重新规划。它强制性地将热管理提升为电路布局的第一设计原则，深刻重塑了MOS管与贴片电感等功率元件的排布逻辑。平尚科技凭借高可靠性元件与对液冷系统的深刻理解，助力电源设计师在这场热与电的精密博弈中，找到既能“冷静”运行，又能“高效”工作的最优布局方案，为AI算力核心提供坚实且均衡的动力保障。
