I convertitori Dc/Dc sono elementi essenziali per il funzionamento dei sempre più compatti dispositivi elettronici di uso quotidiano. Questi convertitori forniscono il corretto valore di tensione a ogni blocco che compone un sistema, come ad esempio memoria, processori e transceiver wireless. In apparecchiature quali telefoni mobili e dispositivi portatili, i convertitori Dc/Dc sono solitamente realizzati utilizzando componenti discreti: un circuito integrato di controllo, un induttore di potenza e un certo numero di componenti passivi. Questi elementi discreti occupano uno spazio relativamente ampio a bordo del circuito stampato. Essi devono essere posizionati accuratamente in modo da ridurre il più possibile il rumore elettromagnetico irradiato e condotto: infatti è importante evitare di disturbare il resto del sistema, in considerazione degli spazi ristretti tipici di un dispositivo elettronico di ridotte dimensioni. Finora, la tecnologia di realizzazione dei moduli di conversione Dc/Dc non è stata in grado di fornire una valida alternativa a un'implementazione di tipo discreto.
Una tecnologia innovativa
L'alternativa messa a punto da Murata si chiama substrato multistrato di ferrite: si tratta di una tecnologia grazie alla quale è possibile integrare nel substrato l'induttore di potenza di un convertitore Dc/Dc. Il processo prevede l'utilizzo di numerosi strati (fino a 50) di differenti materiali di ferrite intercalati gli uni con gli altri (come se si trattasse di un sandwich) per creare componenti integrati come gli induttori e per realizzare un circuito tridimensionale all'interno del substrato di questo dispositivo, nonostante lo spessore estremamente ridotto del substrato. Per lo sviluppo di questo processo Murata ha sfruttato le proprie competenze nel campo dei materiali ceramici, organici e delle ferriti abbinate all'uso di tecniche di progettazione sviluppate per i settori dell'alta frequenza, della miniaturizzazione, dei moduli multistrato e di quelli di potenza. Il nuovo prodotto, a causa delle sue ridotte dimensioni, è stato denominato micro-convertitore Dc/Dc. Il condensatore e il circuito integrato di controllo sono montati sulla parte superiore del substrato mentre l'induttore di potenza è integrato all'interno del substrato del modulo. Il fatto di integrare l'induttore di potenza e i componenti induttivi comporta notevoli vantaggi in termini di riduzione sia degli ingombri sia del rumore, come spiegato di seguito.
I micro-convertitori
I nuovi micro-convertitori di Murata della serie LXDc2HL misurano solamente 2,5x2x1,1mm e sono stati ideati per l'impiego in apparecchiature come i telefoni mobili, dove sono presenti parecchi blocchi che richiedono una riduzione della tensione a un valore più basso (step-down).
In considerazione della riduzione delle dimensioni resa possibile da questa tecnologia e del fatto che in un sistema possono essere presenti numerosi condensatori, la tecnologia proposta da Murata può contribuire a ridurre sensibilmente le dimensioni del sistema complessivo. Una soluzione di conversione Dc/Dc realizzata con componenti discreti occupa sulla scheda una superficie pari a circa 30 mm2 mentre quella di Murata occupa solamente 10 mm2. Si tratta di una riduzione di notevole entità pari al 67%.
I micro-convertitori Dc/Dc della famiglia LXDc2HL sono caratterizzati da livelli di efficienza particolarmente elevati, che possono arrivare all'86% (per Vout = 1,86V), utilizzando la tecnologia di rettificazione sincrona e la funzione di selezione automatica delle modalità Pfm/Pwm. La frequenza di commutazione è pari a 3 MHz. Attualmente Murata rende disponibili convertitori di tipo step-down con tensione di ingresso compresa tra 2,3 e 5,5V e tensioni di uscita comprese tra 0,8 e 4 V. La massima corrente di uscita è pari a 600 mA. A parte la riduzione delle dimensioni, il substrato multistrato di ferrite si distingue per altre caratteristiche sicuramente interessanti. Poiché la distanza tra il circuito integrato di controllo e l'induttore di potenza è quasi nulla, il rumore irradiato è molto inferiore rispetto a quello delle soluzioni discrete. Anche i livelli di rumore condotto sono molto bassi in quanto il substrato agisce come un anello di ferrite (ferrite bead) integrato. Grazie alla minimizzazione del rumore elettromagnetico e alla natura modulare della soluzione, è possibile prevedere con estrema facilità il livello di rumore, assicurando in tal modo la massima semplicità e rapidità di integrazione di questi innovativi micro-convertitori Dc/Dc.
