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3-2017

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Marktübersicht

Marktübersicht Stromversorgung µModule-Regler helfen Entwicklern, neue Leistungsziele zu erreichen Die µModule-Regler von Linear Technology ermöglichen mit einer optimalen Kombination aus Siliziumchip und Gehäusetechnik signifikante Verbesserungen bei Stromversorgungen. Wirkungsgrad Der Ausdruck „SWaP“ (Size, Weight and Power) wird in der Verteidigungsindustrie allgemein verwendet, um die Fortschritte eines technischen Systems zu vermitteln. Verkürzt gesagt bedeutet ein reduzierter SWaP einen besseren Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad ist der Schlüssel. Denn damit ein System klein und leicht ist, muss es bei niedrigen Temperaturen arbeiten, um seine Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Die µModule-Regler von Linear Technology bieten eine Möglichkeit, um einen höheren Wirkungsgrad im gesamten Stromversorgungs-Subsystem zu erreichen. Physikalische Größe und Leiterplattenfläche 2008 stellte Linear Technology mit dem µModule-Regler LTM8020 eine vollständige 200-mA-DC/DC-Stromversorgung in einem nur 6,25 x 6,25 x 2,35 mm großen Plastik- LGA-Gehäuse vor. Dieses Produkt erfüllte die Anforderungen bezüglich der abgestrahlten Emissionen gemäß EN55022 Klasse B und wurde schnell als ein Standard-Funktionsblock in vielen unterschiedlichen Systemarten angenommen. Im Jahr 2014 erfolgte die Markteinführung des ultradünnen µModule-Reglers LTM4623, nun mit einem Ausgangsstrom von maximal 3 A und dem gleichen Verhalten bezüglich abgestrahlter Emissionen. Dank der Verbesserungen in der Komponenten- und Gehäusetechnik belegt er die gleiche Grundfläche von 6,25 x 6,25 mm, aber mit nur 1,82 mm Höhe, was die Option eröffnet, ihn in einigen Systemen auf der Unterseite der Leiterplatte zu montieren. Für Anwendungen mit einem höheren Leistungsbedarf eignet sich der LTM4650, ein µModule-Regler mit 5-A-DC- Ausgangsstrom, der ebenfalls die gleiche Grundfläche belegt, aber mit 5,01 mm höher ist, was auf die größere interne Spule und das BGA-Gehäuse zurückzuführen ist. Ein weiteres Beispiel für die 2014 erzielte höhere Integrationsdichte ist der LTM4634, ein abwärts wandelnder µModule-DC/DC-Regler mit drei Ausgängen mit 5 A/5 A/4 A Ausgangsstrom. Er vereint drei Reglerkanäle mit hohem Wirkungsgrad in einem einzigen 15 x 15 x 5,01 mm großen BGA- Gehäuse.. Elektrische Leistung Fortschritte im Wirkungsgrad der Wandlung der grundlegenden Regler-ICs wurden ständig mit verbesserten Gehäusen gekoppelt, um die thermische Leistung derart zu ändern, dass 18 hf-praxis 3/2017

Marktübersicht Stromversorgung Bild 2: Thermische De-Rating-Kurve des LTM4608A bei 5 V IN auf 3,3 V OUT neue µModule-Regler jetzt bei einem vorgegebenen Ausgangsstrom in höheren Umgebungstemperaturen arbeiten können und erhöhte Designmargen ermöglichen. Das verdeutlicht ein Blick auf die Temperatur-De-Rating- Kurven von zwei Produkten mit der gleichen Gehäusegröße: LTM4608A, ein abwärts wandelnder 8-A-µModule-DC/ DC-Regler und LTM4649, ein ebenfalls abwärts wandelnder 10-A-µModule-DC/DC-Regler. Bild 1 und 2 basieren auf einer Einstellung ohne Kühlkörper und 3,3 V am Eingang, wobei die De-Rating-Kurven mit dem Ausgangsstrom ausgedruckt sind, der beim Maximum der Auslegung und einer Umgebungstemperatur von 40 °C startet. Diese Kurven demonstrieren, dass der neuere LTM4649 ohne thermisches De-rating bei 90 °C Umgebungstemperatur betrieben werden kann, während der Laststrom des LTM4608A bei gleicher Umgebungstemperatur um rund 50 Prozent abgesenkt werden muss. Dies ist besonders in militärischen Systemen ohne erzwungene Luftkühlung relevant, in denen Umgebungstemperaturen von bis zu 80 und 90 °C durchaus üblich sind. Da die Entwicklungsressourcen auf steigende Systemkomplexität aufgeteilt und kürzere Entwicklungszyklen eingehalten werden müssen, liegt der Fokus üblicherweise auf der Entwicklung der Schlüssel-IP (Intellectual Propety) des Systems. Dies bedeutet häufig, dass mit dem Design Bild 3: Thermische De-Rating-Kurve des LTM4649 bei 5 V IN auf 3,3 V OUT der Stromversorgung erst spät im Entwicklungszyklus begonnen wird. Bei wenig Zeit und möglicherweise begrenzten Ressourcen an Stromversorgungs- Entwicklungsspezialisten, muss dann oft kurzfristig eine Lösung mit hohem Wirkungsgrad und dem kleinstmöglichen Platzbedarf gefunden werden. In dieser Situation bietet der µModule- Regler eine ideale Antwort; sein Konzept ist komplex im Inneren, aber einfach nach außen – er hat den Wirkungsgrad eines Schaltreglers und das einfache Design eines Linearreglers. Sorgfältige Entwicklung, Leiterplatten-Layout und Komponentenauswahl sind sehr wichtig bei der Entwicklung eines Schaltreglers. Wenn die Zeit daher kurz und/ oder die Erfahrung in der Entwicklung einer Stromversorgung begrenzt ist, sparen die sofort einsatzfertigen µModule-Regler Zeit und reduzieren das Risiko für das Programm. ■ Linear Technology Corporation www.linear.com hf-praxis 3/2017 19

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