magyar elektronika

Hírlevél

Tájékozódjon legfrissebb cikkeinkről, híreinkről!

Valós email cím megadása kötelező

Invalid Input

Invalid Input

Arrow lidA miniatürizálás mindig és mindenütt jelenlévő kritikus téma volt az elektronikai iparban, és különösen fontos a tápegységek esetében. A tápegységek minőségét gyakran a térfogatra jutó teljesítményben fejezik ki. Ez a cikk néhány olyan tápegységtervezési szempontot tárgyal, amelyek segíthetnek a miniatürizálás elérésében.

 

 

A külső alkatrészek számának minimalizálása

A tápegység általában legalább egy félvezetőből és passzív külső alkatrészekből, például induktivitásból, kondenzátorokból és néhány ellenállásból áll. Az alkatrészek számának az 1. ábrán bemutatottakra való csökkentése az első lépés a teljes tápegység méretének csökkentése felé.
Ha egyéb funkciókra, például állítható kimeneti feszültségre vagy állítható lágyindítási időre van szükség, a passzív alkatrészek száma és így a teljes megoldás helyigénye megnő. Az 1. ábrán látható áramkör egy példa a minimális számú szükséges passzív alkatrészeket tartalmazó kapcsolóüzemű Buck konverterre.

 

419085 fig 01

1. ábra Klasszikus kapcsolóüzemű konverter félvezetővel és passzív alkatrészekkel

 

 

A külső alkatrészek méretének minimalizálása

A lehető legkisebb kimeneti kondenzátor- és induktivitás­mérethez a kapcsolóüzemű konverter IC-nek a lehető legnagyobb kapcsolási frekvenciával kell rendelkeznie. A kimeneti feszültség hullámzása elsősorban lineárisan viselkedik a külső alkatrészek értékének és így méretének függvényében. Ha például a kapcsolási frekvencia megduplázódik, a szükséges induktivitás értéke ugyanahhoz a kimeneti feszültséghullámzáshoz a felére csökken. Ez kisebb kialakításokat tesz lehetővé.
A 2. ábra az LTC3307A kapcsolóüzemű konverter helyigényét mutatja. A magas, 3 MHz-es kapcsolási frekvencia miatt kis induktivitás használható.

 

419085 fig 02

2. ábra Egy kapcsolóüzemű feszültségkonverter helyigénye 3 A kimeneti áram esetén

 

 

A kapcsolóüzemű konverter IC méretének minimalizálása

Az Analog Devices LTC33xx platformja olyan kapcsolóüzemű step-down feszültségkonverterekből áll, amelyek nagy, akár 5 MHz-es kapcsolási frekvenciával alakítanak át. A platformon keresztül elérhető termékeket különböző alkalmazásokhoz tervezték. Az LTC3315A típust helyszűkös alkalmazásokhoz optimalizálták. Ez egy kettős konverter két csatornával, amelyek egyenként 2 A kimeneti áramot képesek leadni egy mindössze 1,64 mm × 1,64 mm méretű, WLCSP tokozásban (Wafer-level chip scale package – a félvezető chip méretével azonos tokozás). A MAX77324 típus szintén figyelemre méltó integrált áramkör. Ez az egycsatornás le- és visszalépő kapcsolóüzemű konverter 1,5 A maximális kimeneti áramot képes leadni, és fizikai mérete mindössze 1,22 mm × 0,85 mm. A 3. ábra a MAX77324 típusú integrált áramköri tok alapterületét mutatja.

 

419085 fig 03

3. ábra Kapcsolóüzemű konverter rendkívül kis méretben

 

 

419085 fig 04

4. ábra Az 1,64 mm × 1,64 mm méretű kettős Buck regulátor IC tokozásvázlata

 

 

Méretcsökkentés integrált induktivitással

A tápegység-áramkör méretcsökkentésének másik módja az induktivitás és a kapcsolószabályozó IC kombinálása. Ezt a kombinációt modulnak nevezik. Az integráció lehetővé teszi a peremhossz csökkentését azáltal, hogy az induktivitást a félvezető IC-n lehet elhelyezni. Egy másik miniatürizálási akadály is leküzdhető azáltal, hogy a modulban az induktivitást hővezetőként és hőelvezetőként használják. Az induktivitásnak a teljesítménymodulon belüli szilíciumhoz való megfelelő csatlakoztatásával a félvezetőből származó hő rendkívül jól vezethető el. Különösen a kis méretű, nagy kimeneti árammal rendelkező kapcsolóüzemű konverter IC-k esetében a hőelvezetés egyre nagyobb problémát jelent, mivel a szilícium nem használható a megengedett maximális üzemi hőmérséklet felett.
A tápegység méretének csökkentésére innovatív technikák alkalmazásával számos lehetőség van. Ezek közül néhányat érintettek ezek a rövid tápellátás-kezelési ötletek. A miniatürizálás további, közvetett előnyökkel jár, mint például a kisebb nyomtatott áramkör révén elérhető alacsonyabb költségek, a nagyobb funkcionalitású és ezáltal nagyobb hasznot hozó műszaki eszközök építésének lehetősége, sőt a kisebb és könnyebb elektronikus eszközöknek köszönhetően még a szállítási költségek is csökkennek.

 

Szerző: Frederik Dostal – Alkalmazástechnikai mérnök, Analog Devices

 

 

A szerzőről

Frederik Dostal a németországi Erlangeni Egyetemen tanult mikroelektronikát. 2001-ben kezdett el dolgozni a tápegységek területén, és különböző alkalmazástechnikai pozíciókban tevékenykedett, többek között négy évig az arizonai Phoenixben, ahol kapcsolóüzemű tápegységek fejlesztésén dolgozott. 2009-ben csatlakozott az Analog Devices-hez, és a müncheni Analog Devices-nél a tápellátás-menedzsment területi alkalmazásmérnökeként dolgozik. A frederik.dostal@analog.com címen érhető el.

 

 

 

További műszaki és kereskedelmi információkat az Analog Devices hivatalos hazai forgalmazójától, az Arrow Electronics Hungary-től kaphatnak.

 

Arrow Electronics Hungary
1138 Budapest, Váci út 140.
Bihari Tamás,
Senior Field Application Engineer

E-mail: tbihari@arroweurope.com
Tel.: +36 30 748 0457
www.arrow.com