Moduli Dc-Dc da 30 ampere ad alte prestazioni

MODULI –

Il nuovo ISL8225M di Intersil consente di realizzare soluzioni di alimentazione compatte, poiché in molte applicazioni non richiede dissipatori né ventole, e offre un’alta efficienza di conversione. Collegando sei moduli in parallelo è possibile realizzare soluzioni da 180 ampere

L'assorbimento di corrente dei grandi componenti digitali può oggi raggiungere valori decisamente alti, ad esempio nell'ordine dei 30 ampere per i microprocessori, 50 ampere per gli Fpga, addirittura 100 ampere per certi array di memoria utilizzati nei router. Le soluzioni di alimentazione basate su moduli incapsulati (componenti per montaggio superficiale che integrano un intero convertitore Dc-Dc a commutazione e il relativo induttore) tendono quindi a divenire più ingombranti e più costose, poiché per raggiungere valori di corrente così alti occorre utilizzare più moduli in parallelo (current sharing), ciascuno dei quali dotato di un dissipatore termico; a livello di sistema, inoltre, spesso si rende necessaria una ventola di raffreddamento. Per contenere gli ingombri e i costi, i moduli incapsulati dovrebbero offrire una maggiore efficienza di conversione, che si traduce in una minore produzione di calore; dovrebbero inoltre essere dotati di contenitori che favoriscano la dissipazione del calore prodotto, così da poter funzionare anche senza dissipatore e senza ventole; dovrebbero, infine, essere in grado di erogare la massima corrente anche a temperature elevate (ridotto “derating”), per diminuire il numero dei dispositivi in parallelo nelle soluzioni di current sharing. Un nuovo modulo da 30 ampere recentemente presentato da Intersil, contraddistinto dalla sigla ISL8225M, promette appunto di rispondere a tutti questi requisiti. Ne abbiamo parlato con Steve Rivet, direttore della linea di prodotti Power Module di Intersil.

Un nuovo contenitore
Come ha spiegato Rivet, il modulo ISL8225M impiega un contenitore QFN customizzato del tutto nuovo, a differenza di prodotti concorrenti che adottano invece il contenitore LGA (Land Grid Array). Il nuovo package è dotato di grandi piazzole metalliche sul lato inferiore, che facilitano il trasferimento del calore al circuito stampato. All'interno del contenitore, inoltre, l'induttore (che è collocato sopra al chip) è ricoperto con uno strato di resina epossidica molto sottile, per facilitare la dissipazione del calore. Al miglioramento delle prestazioni termiche contribuisce anche l'aumento dell'efficienza di conversione: secondo i dati diffusi da Intersil, il confronto tra una soluzione da 90 ampere basata su tre moduli ISL8225M e una soluzione da 100 ampere basata su quattro moduli concorrenti mostra come la prima delle due offra un guadagno di efficienza compreso tra 1,5% e 4%, a seconda dei valori della tensione d'uscita. Questo risultato è stato ottenuto, ha spiegato Rivet, grazie a Fet di alta qualità e alla bassa resistenza parassita dell'induttore. La maggiore efficienza consente di ridurre le emissioni termiche: in una dimostrazione preparata da Intersil, una scheda di valutazione comprendente tre moduli viene utilizzata per erogare 100 ampere convertendo 12 volt di ingresso in 1 volt di uscita; in queste condizioni il modulo (senza dissipatori in alluminio e senza ventole) raggiunge una temperatura massima di 84,8 gradi, mentre - secondo Intersil - nelle stesse condizioni una delle soluzioni concorrenti raggiunge una temperatura di 103 gradi. Grazie a queste prestazioni termiche, a parità di corrente totale erogata le soluzioni in current sharing basate sui nuovi dispositivi Intersil possono quindi utilizzare un minor numero di moduli.

Flessibilità applicativa
Ma vediamo anche le altre caratteristiche essenziali del modulo ISL8225M, che offre una notevole flessibilità applicativa. Il dispositivo eroga 30 ampere grazie a due regolatori Pwm da 15 ampere ciascuno, che possono lavorare separatamente oppure in parallelo con uno sfasamento di 180 gradi. Si caratterizza inoltre per una gamma di tensioni particolarmente ampia sia in ingresso (da 4,5 a 20 volt) sia in uscita (da 0,6 a 6 volt); può quindi essere utilizzato sia come convertitore intermedio per generare dei “rail” all'interno del sistema, sia come convertitore Pol (Point of Load) per alimentare singoli componenti digitali. Alta anche la precisione della tensione in uscita, che è regolata tramite un anello analogico. Il nuovo modulo, inoltre, è dotato di protezioni contro sovratensioni, sovracorrenti e surriscaldamento e di un indicatore under voltage. Per quanto riguarda le applicazioni in current sharing, è possibile collegare fino a sei moduli in parallelo, ottenendo una corrente totale di 180 ampere. La sincronizzazione automatica dei clock consente di sfasare opportunamente gli impulsi di corrente erogati dai vari moduli. Nel caso di un sistema a sei moduli (ciascuno dei quali contiene, come si è detto, due regolatori Pwm), le fasi degli impulsi Pwm sono in tutto dodici.

Tre schede di valutazione
Intersil ha cercato di rendere facile l'applicazione del nuovo modulo anche per i progettisti che non abbiano grande esperienza nel campo dell'elettronica di potenza. La società ha pertanto realizzato tre schede di valutazione: una comprendente un solo modulo con un'unica uscita da 30 ampere, una con un solo modulo ma con due uscite da 15 ampere ciascuna, e infine una terza scheda comprendente tre moduli che eroga 90 ampere. La scheda di valutazione da 30 ampere è particolarmente semplice e, oltre al modulo, comprende pochissimi componenti esterni, essenzialmente i condensatori di filtro in ingresso e in uscita. Il debug dell'applicazione è facilitato anche dalla forma del nuovo contenitore, che offre pin facilmente accessibili per il prelevamento dei segnali da monitorare.

Una famiglia in espansione
Il nuovo modulo ISL8225M fa parte di una famiglia di prodotti che Intersil ha lanciato quasi quattro anni fa, comprendente dispositivi che impiegano un anello di regolazione analogico e altri che utilizzano invece un anello digitale (“digital power”). La famiglia continua ad espandersi; è prevista, in particolare, la realizzazione di un modulo da 4 ampere che accetterà in ingresso tensioni fino a 75 volt, rivolto alle applicazioni industriali. In generale, secondo Intersil, i moduli incapsulati offrono vantaggi rispetto ai moduli aperti (“open frame”) perché sono più robusti e affidabili e possono essere montati in modo automatico con le macchine pick and place per componenti a montaggio superficiale.

Pubblica i tuoi commenti