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ED-V stärkt den Bereich »Power«

»Energieeffiziente Stromversorgungen sind ein wichtiger Differenzierungsfaktor in Industrieprodukten«


Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Digitale Leistungswandler optimieren das Design von Stromversorgungen

Der digitale Power Management Controller optimiert das Design von Stromversorgungen.
Der digitale Power Management Controller optimiert das Design von Stromversorgungen.
© Powervation

Mit dem PV3012 hat Powervation seine zweite Generation an digitalen Power Management Controller eingeläutet, mit denen sich die DC-DC-Wandlung in Stromversorgungssystemen adaptiv steuern lässt. Damit lässt sich das Design von Stromversorgungen vereinfachen, um Systementwicklungszeiten und -kosten einzusparen. Der System-on-a-Chip-Baustein integriert einen DSP und einen RISC-Prozessor sowie eine Mixed-Signal-Schaltung, auf denen der vom Hersteller patentierte Auto-Control-Algorithmus läuft.  

Die Auto-Control-Technologie kompensiert kontinuierlich auftretende Lastschwankungen und Änderungen des Ausgangswiderstands. Der in Echtzeit arbeitende Algorithmus steuert alle Werte automatisch, der Entwickler muss in den Regelkreis nicht mehr eingreifen. Ein Vorteil der lernfähigen Steuerung ist, dass dank der parametrischen Schätzung undefinierte Power-Zustände nicht mehr auftreten können. Damit wird das gesamte System robuster und die Limitierungen an die Leistungsregelung müssen nicht mehr so eng ausgelegt werden. Neben einer exakten Steuerung über einen weiten Parameterbereich unterstützt die Powervation-Technologie die Implementierung von energiesparenden Designs wie Multi-Phasen-Systeme.

Weil beim digitalen Leistungsmanagement im Gegensatz zu analogen Lösungen keine externen Komponenten benötigt werden, reduziert sich die Anzahl der Bauteile. Dadurch lässt sich das komplette Power-System wesentlich kompakter realisieren. Die Auto-Control-Technologie kompensiert die Produktionstoleranzen aller Komponenten und berücksichtigt eine eventuell aufgetretene Bauteilealterung. Erreicht wird damit eine verbesserte Qualität sowie Designrobustheit und Stabilität über die gesamte Lebenszeit des Stromversorgungssystems.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der digitalen Power Management Controller von Powervation ist das Digital Stress Sharing (DSS) zur Eliminierung von Hot Spots in Parallelanschlüssen. Damit lässt sich die Temperatur der Leiterplatte um bis zu 10 °C reduzieren und die Lebenszeit des Gesamtsystems um etwa das Doppelte verlängern. Gerade in modernen Power-Architekturen muss der elektrische und der thermische Stress zwischen der großen Anzahl von digitalen gesteuerten DC-DC Switch-Mode Leistungswandlern (SMPC) aktiv ausgeglichen werden.

Die DSS-Technologie basiert auf einem Kommunikations- und einem Steuerungs-Layer, die gemeinsam den Stress zwischen unterschiedlichen Komponenten unabhängig von der Anzahl parallel arbeitender Leistungswandler in Echtzeit reduzieren. Bei z.B. vier identischen, parallelen DC-DC-Wandlern (SMPC1 – SMPC-4), die auf eine Systemleiterplatte gelötet sind, ist der maximale Ausgangsstrom mit über das gesamte Board verteilt. Die absoluten statischen Stromabweichungen (definiert als Differenz von Point-of-Load-Ausgangsstrom zum theoretisch berechneten Wert) rühren vor allem von den Limitierungen der Genauigkeit der Stromwerte der einzelnen SMPCs. Die Powervation Controller bieten die robuste und fehlertolerante DSS-Funktionalität über einen separaten DSS Pin an.

Um eine Langzeitstabilität des Power-Systems und die sichere Datenspeicherung des Control-Algorithmus zu garantieren, setzt Powervation anstelle von Flash Memories Fuse-basierende Speicher (OTPs) ein. Damit kann das Komplettsystem auch bei höheren Temperaturen zuverlässig arbeiten.

Zum schnellen und zuverlässigen Design der Stromversorgungen stellt Powervation das Digital Power Interface Center (DPIC) zur Verfügung. Einfach direkt auf das Motherboard gesteckt, erlaubt das Design Tool (GUI) dem Entwickler die schnelle Konfiguration aller Eckdaten des Power-Systems. Eine spezielle Software oder ein aufwändiges Training ist nicht erforderlich.

 


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