Point-of Load-Wandler Blockkraftwerke bis 100 A

Moderne Hochleistungsprozessoren sowie große FPGAs und ASICs brauchen bis um die 100 A. Stromversorgungen können das nur leisten, wenn sie möglichst nahe an solchen Lasten platziert werden. Für solche Anwendungen eignen sich sogenannte »Power Blocks« recht gut, zumal sie gegenüber diskreten Designs und integrierten PoL-Modulen einige Vorteile aufweisen.

von Bill Smith, Director of Marketing bei Murata Power Solutions.

Prinzipiell besteht ein Power-Block einfach aus einem nichtisolierten Abwärtswandler ohne PWM-Controller. Er enthält Leistungs-FETs, Gate-Treiberschaltungen, Ein- und Ausgangskondensatoren, eine Ausgangsinduktivität, einen Temperatursensor und ein Strommess-Netzwerk. Ein vollständiger PoL-Wandler (Point of Load) benötigt in der Regel noch einen PWM-Controller, eine Gate-Treiberspannung und einige zusätzliche Ein- und Ausgangskondensatoren. Für PoL- und VRM-Anwendungen (Voltage Regulator Module) bietet ein modularer Ansatz, also ein Power-Block, eine Reihe von Vorteilen sowohl gegenüber diskreten Lösungen als auch im Vergleich zu integrierten PoL-Wandlern.

Im Gegensatz zu einer diskreten Lösung können Power-Blocks das Design des Leistungsteils wesentlich vereinfachen. Als vorgefertigtes Einzelbauteil können sie die Entwicklungszeit und die Kosten senken. Layout-Probleme, thermische Aspekte und das Thema Störaussendungen (EMI) wurden bereits bei der Entwicklung des Power-Blocks berücksichtigt. Darüber hinaus sind sie auch so ausgelegt, dass sie die recht hohen Qualitäts- und Zuverlässigkeitsstandards der Computer- und Telekommunikationsindustrie einhalten. Schließlich sind die Power-Blocks so konzipiert, dass sie die »Design for Reliability«-Anforderungen gemäß IPC-9592B erfüllen oder gar übertreffen und auch sämtliche Konformitätsanforderungen in Bezug auf den Umweltschutz und mechanische Aspekte einhalten.

Gegenüber einem kompletten PoL-Modul bieten Power-Blocks einen Flexibilitätsvorteil. Da ein und derselbe Power-Block mit verschiedenen Controllern kombiniert werden kann, lässt sich eine optimal ausgewogene Kombination aus Kosten, Abmessungen, Feature-Ausstattung (z.B. PMBus-Schnittstelle) und Performance finden. Die Möglichkeit, zwischen einem analogen und einem digitalen Controller zu wählen, ergibt ebenfalls ein breites Spektrum an Features und Performance. Man kann entweder die Schaltfrequenz frei wählen oder sich bei Bedarf dafür entscheiden, den Wandler zu vorhandenen Taktquellen zu synchronisieren. Power-Blocks bringen es nicht zuletzt auf einen höheren Wirkungsgrad als flache, monolithische Lösungen in IC-Bauart, die mit höheren Frequenzen arbeiten müssen, um auf ihre kleinen Abmessungen zu kommen. Dies geht zu Lasten des Wirkungsgrads.