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Jul 17, 2023

Simplifique los diseños de energía con CC versátil

Las arquitecturas de energía del sistema pueden ser muy complejas con dispositivos semiconductores o subsistemas que funcionan con diferentes voltajes (1,8 V, 3,3 V o 5 V) con demandas de corriente que van desde muchos amperios hasta

Las arquitecturas de energía del sistema pueden ser muy complejas con dispositivos semiconductores o subsistemas que funcionan con diferentes voltajes (1,8 V, 3,3 V o 5 V) con demandas de corriente que van desde muchos amperios hasta microamperios. Un enfoque cada vez más popular para este desafío es emplear una arquitectura de sistema de energía de punto de carga (POL) que permite configurar un único bus de suministro de energía de típicamente 12 V, donde luego el voltaje se reduce al nivel correcto localmente usando convertidores POL. para cada circuito de subsistema o IC.

Simplifique los diseños de energía con los versátiles convertidores CC-CC de TDK que ofrecen una densidad de energía inigualable y facilidad de diseño.

Las arquitecturas de energía del sistema pueden ser muy complejas con dispositivos semiconductores o subsistemas que funcionan con diferentes voltajes (1,8 V, 3,3 V o 5 V) con demandas de corriente que van desde muchos amperios hasta microamperios.

Un enfoque cada vez más popular para este desafío es emplear una arquitectura de sistema de energía de punto de carga (POL) que permite configurar un único bus de suministro de energía de típicamente 12 V, donde luego el voltaje se reduce al nivel correcto localmente usando convertidores POL. para cada circuito de subsistema o IC.

Este enfoque tiene una serie de ventajas: permite simplificar el suministro de energía principal del sistema al reducir la cantidad de voltajes de salida que deben entregarse en ese punto. Debido a que el voltaje se reduce localmente en el punto de carga, a menudo adyacente al semiconductor o subsistema, caídas de voltaje, ruido del circuito EMI, capacitancia parásita e inductancias que pueden ser un problema común asociado con pistas largas de PCB desde la fuente de alimentación del sistema principal. al componente también se reducen.

En la edición de este mes, David Pearson, director técnico de Anglia, presenta una gama de convertidores POL DC-DC de TDK que ofrecen una de las soluciones de densidad de potencia más compactas y más altas de la industria para aplicaciones de energía exigentes. Esta familia de dispositivos ofrece al desarrollador de sistemas una solución eficiente y rentable para diseñar una arquitectura que pueda adaptarse a todos los requisitos de energía particulares que existen dentro del sistema.

Convertidores CC-CC TDK µPOLTM

Los convertidores CC-CC de punto de carga son un tipo especial de tecnología de fuente de alimentación conmutada que ha ganado rápidamente popularidad debido a su increíble eficiencia, velocidad de respuesta y tamaño compacto. Los convertidores POL DC-DC integran un transistor de potencia de efecto de campo (MOSFET) junto con otros componentes necesarios en un solo dispositivo; a menudo presentan un tiempo de respuesta rápido a los cambios en la demanda de carga del sistema, lo que permite alimentar los componentes o subsistemas que se suministran. en forma rápida y eficiente.

La serie FS de convertidores CC-CC μPOL™ de TDK marca el comienzo de una nueva era de soluciones de administración de energía con mayor rendimiento, mayor confiabilidad, el tamaño más pequeño disponible, facilidad de uso e integración simplificada. La serie FS de convertidores CC-CC son convertidores de punto de carga altamente integrados diseñados para alimentar CPU, MCU, ASIC, FPGA, DSP y otros dispositivos lógicos digitales avanzados, proporcionando alto rendimiento, respuesta transitoria de carga rápida, regulación de voltaje de alta precisión y tamaño extremadamente compacto que exigen estos dispositivos. TDK ha desarrollado los convertidores POL DC-DC de la serie FS para abordar los exigentes requisitos de una amplia gama de aplicaciones modernas, como procesamiento de big data, aprendizaje automático, inteligencia artificial (IA), células 5G, IoT, informática empresarial y muchas otras.

Los convertidores POL de la serie FS son módulos de potencia de alta densidad de corriente que cuentan con un circuito integrado de potencia integrado en un chip en un paquete de sustrato semiconductor mejorado térmicamente. Esta solución de embalaje patentada no utiliza enlaces de cables internos tradicionales, lo que mejora la confiabilidad en aplicaciones difíciles donde los golpes y Puede ocurrir vibración, los dispositivos están calificados para 500 m/s² (51G) para golpes y 10G multieje para vibración. El paquete de sustrato integrado avanzado permite una gestión térmica eficiente y muy simplificada y los dispositivos tienen un rango de temperatura de funcionamiento industrial ampliado de -40 °C a +125 °C.

Los dispositivos funcionan como convertidores reductores no aislados (convertidor Buck) y cuentan con un amplio rango de voltaje de entrada y voltajes de salida configurables que requieren componentes externos mínimos, lo que ayuda a reducir significativamente los costos de componentes y ubicación. Además, la estabilidad de los convertidores está garantizada internamente, por lo que tampoco se necesitan componentes de compensación externos.

Los convertidores de la serie FS están diseñados para ser escalables y altamente configurables con memoria programable en múltiples tiempos, lo que ofrece una gran flexibilidad. En lugar de utilizar un circuito integrado discreto (IC) y un inductor discreto (L) uno al lado del otro, la serie FS de convertidores CC-CC µPOL™ integra un controlador de modulación de ancho de pulso (PWM), MOSFET, además de inductores y condensadores en un solo módulo (Fig.1), lo que da como resultado un regulador extremadamente preciso suministrado en una configuración compacta que ofrece una solución de alta densidad para aplicaciones con espacio limitado y aquellas que requieren una fuente de energía de bajo perfil.

Figura 1 – Módulo altamente integrado

Los convertidores CC-CC TDK μPOL™ están disponibles actualmente en cuatro variantes con capacidades de corriente de salida continua de 3, 4, 6 y 12 A; los convertidores aceptan voltajes de entrada de hasta 16 V y cuentan con voltajes de salida preestablecidos de 2,5 V, 3,3 V, 5,0V o salidas regulables de 0,6V a 2,5V según modelo elegido. Las potencias son de 15W para los modelos de 3 a 6A y de 25W para el modelo de 12A. Los dispositivos de 3, 4 y 6A tienen una interfaz I2C integrada, mientras que el dispositivo de 12A tiene una interfaz de programación PMBus; ambas interfaces permiten a los diseñadores configurar el dispositivo para una amplia gama de aplicaciones. Los dispositivos de la serie FS también incorporan varias funciones de protección integradas que incluyen arranque prepolarizado, protección de arranque suave, protección contra sobretensión, protección contra sobrecorriente con compensación térmica con modo de hipo y apagado térmico con recuperación automática. Figura 2.

Figura 2 - Diagrama de bloques funcionales – Versiones FS serie 3, 4 y 6A

Los convertidores de la serie FS son extremadamente compactos y miden solo 3,3 x 3,3 x 1,5 mm para salidas de 3, 4 y 6 A y 5,8 mm x 4,9 mm x 1,6 mm para el modelo de salida de 12 A; ambos encapsulados son de estilo LGA con 17 y 22 pines respectivamente. Los convertidores han sido diseñados para minimizar componentes externos adicionales, lo que les permite conservar el mayor rendimiento y confiabilidad posibles, al tiempo que ofrecen un diseño simplificado para facilitar la integración. Los convertidores CC-CC de la serie FS ofrecen una solución de densidad de alta potencia de 1 vatio por mm3 y, al mismo tiempo, ofrecen una reducción del 50 % en el tamaño de la solución en comparación con otros productos similares disponibles actualmente en su clase. Debido al paquete ultradelgado empleado, es posible montar los módulos μPOL en la parte posterior de una PCB, liberando aún más la superficie superior para otros componentes. Como resultado, esto ayuda a los diseñadores a minimizar el costo de la solución del sistema, mejorar la confiabilidad, reducir el tamaño de la placa y los costos de ensamblaje, así como los costos de BOM y PCB.

La tecnología μPOL™ de TDK permite colocar el convertidor CC-CC muy cerca de conjuntos de chips complejos como ASIC, FPGA y otros dispositivos similares, al reducir la distancia de colocación entre el convertidor CC-CC y el conjunto de chips que alimentan, la resistencia y la Los componentes de inductancia se pueden minimizar, lo que permite una respuesta rápida y una regulación precisa incluso con corrientes de carga dinámicas.

TDK ha hecho grandes esfuerzos para que los convertidores de la serie FS sean fáciles de usar; estos módulos altamente integrados significan que los diseñadores de sistemas solo necesitan agregar condensadores de entrada y salida para crear un convertidor POL CC-CC completo.

Juntas de evaluación

Para ayudar a los desarrolladores, TDK también ha puesto a disposición una gama de placas de evaluación que permiten una evaluación rápida de todas las características clave de los convertidores CC-CC µPOL™. Estas placas se suministran con documentación de respaldo completa que incluye una lista de materiales, esquemas y características típicas. gráficos de rendimiento.

El software GUI y las guías de usuario están disponibles para descargar de forma gratuita desde el sitio web de TDK; este software permite a los usuarios interactuar con las placas de evaluación para cambiar las configuraciones y programar los módulos.

Escanee el código QR a continuación para descargar.

La serie FS de convertidores CC-CC µPOL™ también es compatible con Ultra Librarian, la biblioteca CAD en línea gratuita, donde se pueden descargar símbolos esquemáticos, huellas y modelos 3D para todos los paquetes de software CAD populares. Además, Ultra Librarian también tiene una serie de diseños de referencia disponibles que cubren diseños µPOL™ únicos y múltiples para adaptarse a aplicaciones de hasta 40 W; estos incluyen esquemas y diseños completos que se pueden importar directamente a su diseño. Ultra Librarian es compatible con todos los paquetes de software CAD más populares, incluidos Altium, Cadence Allegro, OrCAD, Mentor Graphics, Eagle Libraries y KiCad.*

Soporte de diseño

Anglia ofrece soporte para diseños de clientes con kits de evaluación gratuitos, tableros de demostración y muestras de productos TDK a través del servicio EZYsample que está disponible para todos los clientes registrados de la cuenta Anglia Live.

El equipo de ingeniería de Anglia también está disponible para ayudar a los diseñadores con diseños basados ​​en energía y puede ofrecer asesoramiento y soporte a nivel de componentes y sistemas. Esta experiencia está disponible para ayudar a los clientes con todos los aspectos del diseño de su producto, brindándoles soporte práctico y acceso a recursos integrales adicionales de TDK, incluidas notas de aplicaciones técnicas, documentos técnicos, diseños de referencia y herramientas en línea para ayudar a los diseñadores a seleccionar el producto adecuado según la aplicación o el requisito de energía. .

Visite www.anglia-live.com para ver la gama completa de productos TDK disponibles en Anglia.

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