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Technologiewandel bei DC/DC-Wandlern

23. Oktober 2020, 11:04 Uhr   |  Von Lars Foerster, DC/DC Business Development Manager EMEA bei TDK-Lambda


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

Geringe Wärmeentwicklung

Zu den herausragenden Merkmalen dieser Wandler zählen unter anderem ein sehr breiter Eingangsspannungsbereich und ein extrem hoher Wirkungsgrad von bis zu 98,5 Prozent. Dieser bedingt eine nur geringe Wärmeentwicklung und bietet dem Anwender neben äußerst kompakten Abmessungen durch den vergleichsweise einfachen Aufbau ohne galvanische Trennung erhebliche Kostenvorteile. Konkret liefert der neue Buck-Regulator der Baureihe i7C in einem 1/16 Brick Footprint bis zu 750 W Ausgangsleistung bei einem Eingangsspannungsbereich von 18 bis 60 V.

Auch bei den Bauformen gibt es grundlegende Neuerungen auf dem DC/DC-Markt. Mit SESUB (Semiconductor Embedded in SUBstrate) wurde eine neuartige hochintegrierte Bauform vorgestellt. Bei dieser Technologie wird der Leistungshalbleiter vollständig in die Leiterplatte integriert, sodass die Induktivität als größtes Bauteil platzsparend direkt darüber platziert werden kann. Die Konfiguration des Bausteins erfolgt digital über eine I2C-Schnittstelle; damit sind auch keine externen Trimm-Widerstände mehr erforderlich. Diese gerade einmal noch 3,3 × 3,3 × 1,5 mm3 großen Module können bis zu 6 A Ausgangsstrom liefern und eignen sich insbesondere für den Einsatz in Hochleistungs-Power-Management-Einheiten (PMU) von mobilen Geräten wie Smartphones, Tablets sowie Bluetooth-Modulen.

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DC/DC-Modul der GQA-Serie mit in der Leiterplatte integrierter Trafowicklung

DC/DC-Technologie entwickelt sich aber nicht nur durch grundlegende Neuerungen wie SESUB weiter, sondern auch durch Fortschritte im Produktionsprozess und Optimierung der Typenvielfalt. Wandler, die zu 100 Prozent aus SMD-Komponenten bestehen, lassen sich mit vollautomatischen Roboterlinien 24 Stunden am Tag fertigen. So eine Fertigungslinie erreicht eine Produktionskapazität von 5.000.000 Stück im Jahr. Dieser hohe Automatisierungsgrad erlaubt es, schnell zusätzliche Produktionslinien auch in anderen Ländern aufzubauen und die Fertigung so nahe wie möglich zu den wichtigsten Großkunden zu bringen. Dies verkürzt die Lieferzeiten zum Endkunden und wirkt sich damit positiv auf Faktoren wie Pufferlager, Produktvorlaufzeiten und damit Gemeinkosten aus.

Möglichst weite Eingangsspannungsbereiche sind mittlerweile Standard, was die Artikelvielfalt und Lagerhaltung reduziert. Durch die Verdoppelung der Eingangsspannungsbereiche auf 4:1 ist es möglich, einen DC-Spannungsbereich von 4,5 bis 76 V mit nur noch drei Modellen abzudecken. Dadurch reduziert sich die Typenvielfalt enorm, sowohl für den Hersteller als auch für den Endkunden. So kann ein neuartiger DC/DC-Wandler zum Beispiel die früher gebräuchlichen 5-V- und 12-V-Eingänge gleichzeitig abdecken. Technisch lassen sich heute sogar noch viel weitere Eingangsspannungsbereiche realisieren, allerdings zulasten des Wirkungsgrades und der Baugröße und zu höheren Kosten.

Viele moderne DC/DC-Wandler sind heute mit SMD-Komponenten auf mehreren Ebenen übereinander bestückt. So sitzen zum Beispiel unter einem vergleichsweise großen Leistungstransformator kleine SMD-Widerstände oder -Dioden. Dies stellt vollkommen neue Anforderungen an die Fertigungsinspektion und Qualitätskontrolle. Visuelle Inspektionsverfahren sind hier nicht mehr länger ausreichend. Neue Fertigungslinien bei TDK-Lambda werden daher nun mit hochauflösenden Röntgenscannern ausgestattet. Diese Geräte sind in der Lage, Bilder aus verschiedenen Winkeln aufzunehmen und daraus mehrschichtige 3D-Modelle zu erzeugen. In nur einem einzigen Arbeitsschritt erfolgt dann automatisiert über ein Computerprogramm die Qualitätskontrolle aller Lötstellen.

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1. Technologiewandel bei DC/DC-Wandlern
2. Technische Anforderungen ändern sich
3. Geringe Wärmeentwicklung

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