Digital geregelte Stromversorgungen »Digital Power« einfach gemacht

Der Übergang von analog zu digital geregelten Stromversorgungen bringt durch die Möglichkeit der Echtzeitüberwachung erhebliche Vorteile in Sachen Effizienz und Optimierungsmöglichkeiten mit sich. Bislang war der Einsatz von Digital Power jedoch meist nur großen OEMs vorbehalten, da diese über genügend Ressourcen in der Entwicklung verfügen. Wie können auch kleine und mittlere Unternehmen von diesem Trend profitieren?

Die digitale Revolution ist auf dem Markt für Stromversorgungen angekommen. Grund dafür ist, dass diese Technik die Anforderungen an die Stromversorgung besser erfüllen kann. Dazu zählen das Power-Management, die Sequenzierung und Anstiegszeiten, Überwachung und das Margening, Fehlererkennung und -verhalten, das kompaktere Leiterplattendesign, Wärmemanagement, niedrigere Spannungen und kleinere Toleranzen, höhere Ströme sowie kürzere Entwicklungszyklen.

Bei der Implementierung von Digital Power dominieren derzeit Tier-1-OEMs in den Bereichen Computing, Storage, Networking und Telekommunikation. Daher sehen sich die Chip- und Stromversorgungsanbieter gezwungen, Lösungen für deren Anforderungen zu entwickeln. Diese frühe Einführung durch Tier-1-Unternehmen führt jedoch zu einem Problem: Die Komplexität steigt, und der dafür erforderliche Designsupport schließt kleinere Unternehmen mit weniger Ressourcen quasi von diesem Markt aus.

Kleine und mittelständische Unternehmen (KMUs), wie sie in Deutschland sehr oft anzutreffen sind, scheuen sich daher noch, digitale Stromversorgungslösungen zu implementieren. Zwischen großen Anbietern mit ihrer Ressourcenvielfalt und KMUs, die nicht über diese Ressourcen verfügen, entsteht somit eine immer größere Lücke.

Die Verkleinerung der Entwicklungsteams in solchen Unternehmen zwingt die Mitarbeiter dazu, nicht nur unternehmenseigenes IP zu schaffen, sondern auch herauszufinden, wie das Design mit Strom zu versorgen ist. Hinzu kommen immer kürzere Entwicklungszyklen, was dazu führt, dass das Stromversorgungsdesign meist zuletzt erledigt wird.

Die Zeit bis zur Marktreife gilt also vor allem bei KMUs als entscheidendes Kriterium. Bezüglich der Stromversorgung brauchen Entwickler heute also eine Lösung, die sie sofort einsetzen können. Anbieter digital geregelter Netzteile konzentrieren sich bereits auf die einfache Anwendung ihrer Produkte: Sie bieten zahlreiche Dokumente, die bei der Bauteilauswahl, dem Platinenlayout und den Kompensationsrichtlinien helfen. Hinzu kommen zahlreiche Tools für den Entwicklungssupport.

Andere Hersteller bieten zum Beispiel mehrtägige Seminare über das Thema »Digital Power Design«, um Endanwender zu informieren. Viele Entwickler haben nicht so viel Zeit und können sich auch nicht durch zahlreiche Dokumente arbeiten, um Antworten zu finden. Steht eine Lösung nicht schnell genug zur Verfügung, muss der Anbieter das Problem lösen - eine Plug-and-play-Lösung ist daher erforderlich.

Heutige Digital-Power-Lösungen bieten zahlreiche Funktionen. Deren einfache Implementierung und Rangfolge beim Einsatz ist die eigentliche Herausforderung für den Endanwender. Es scheint, dass der Markt diese Technik gerne einsetzen möchte, sich aber noch nicht richtig damit befasst hat, was dazu wirklich erforderlich ist. Mit dem Übergang auf eine digitale Regelung sind Softwaretools Teil des Entwicklungsprozesses geworden.

Die einfache Anwendung dieser Werkzeuge sollte dabei mit berücksichtigt werden. Die Hersteller von FPGAs und Mikrocontrollern wissen schon länger, dass Designtools ein Design-in entscheiden können - unabhängig von den eigentlichen Funktionen des Chips. Dauert es zu lange, die Funktionen zu implementieren, sieht der Kunden keinen Vorteil darin.

Regelschleife automatisch kompensieren

Fakt ist: Digital Power war bislang nicht einfach. Stromversorgungshersteller beginnen nun, dieses Pro-blem zu adressieren. Bei CUI heißt dieses Motto »Simple Digi-tal«: ein Weg, die Plattform mithilfe eines intuitiven, einfach bedienbaren Entwicklungstools zu steuern. Damit soll sich der vorher mehr als zeitraubende Aufwand vereinfachen, analoge Kompensationsschaltkreise zu entwickeln.

Bislang waren Regelschleifen oft suboptimal beziehungsweise nur für Worst-Case-Bedingungen ausgelegt. Mit einer automatischen Kompensation führt das Stromversorgungsmodul eigenständig Kompensationsberechnungen durch und passt die Regelschleife wird in Echtzeit an. Damit erübrigen sich die umfangreichen Applikationsschriften und Tools der Anbieter.

Die Kompensation erfolgt direkt im Controller-Chip. Die Autokompensation erfolgt während der gesamten Produktlebensdauer - Zyklus für Zyklus. Die Stromversorgung befindet sich damit stets in einem optimalen Zustand (Bild 1). Im Vergleich zur analogen Lösung verkürzen sich damit auch die Entwicklungszyklen, und die Zuverlässigkeit steigt.

Mit der digitalen Stromversorgung »Novum« von CUI stehen neue digitale Module bereit, die sich direkt an Entwickler wenden, die eine Stromversorgung als Plug-and-play-Lösung implementieren möchten, zum Beispiel die Serien »NDM2Z« und »NDM2P«. Ausgehend davon entwickelte CUI rückwärtskompatible Module wie das »NSM2P«, das eine busfreie Plattform enthält, um die gleiche Funktion in einem Analog-Format zu bieten. Damit soll Entwicklern der Übergang auf die digitale Technik leichter fallen.

Über den Autor:

Mark Adams ist Senior Vice President bei CUI.