Neue Voraussetzung im Power Management
Mehr Effizienz mit Hochspannung
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Herausforderungen der Hochspannungs-Technologie
Um die Forderung nach mehr Energieeffizienz auch in der Zukunft weiter erfüllen zu können, müssen die Technologieentwickler ihre ICs leistungsfähiger und kompakter machen, während gleichzeitig die Zuverlässigkeit und das Kostenniveau gewahrt bleiben. Diese Forderungen machen Innovationen bei den Fertigungsprozessen und den On-Chip-Komponenten, beim Schaltungsdesign und bei den Gehäusen erforderlich. Ein weiterer Faktor, der neue Produkte für Anlagenentwickler attraktiver machen und die Verbreitung besserer Energietechnologien beschleunigen kann, ist die Verfügbarkeit integrierter Komplettlösungen, kombiniert mit fundiertem Support für das Hard- und Software-Design.
Schaltnetzteile haben bei der Energieumwandlung in den zurückliegenden Jahren an Verbreitung gewonnen, da sie prinzipbedingt effizienter sind als Netzteile traditioneller Bauart. Die Perfektionierung der Schaltnetzteil-Designs muss jedoch noch weiter vorangetrieben werden (Bild).
Es gilt zu verhindern, dass die von diesen Stromversorgungs-Schaltungen erzeugten, starken und hochfrequenten Ströme weit in das System eindringen oder in die Quelle zurück entweichen. Die Funktion empfindlicher Bauelemente innerhalb des Netzteils wird außerdem durch schaltungsinterne Impedanzen und Störbeeinflussungen umgebender Bauelemente beeinträchtigt. Aus diesem Grund leisten Schaltnetzteil-Lösungen, die einen möglichst großen Teil des Systems integrieren, einen Beitrag dazu, die Komplexität des Netzteil-Designs zu reduzieren und die Produktionskosten zu senken. Noch besser ist es, wenn die Lösung zusätzlich zu den Leistungsschaltungen auch eine kompakte Isolation enthält, denn hierdurch wird das System effektiv von externen Störeinflüssen abgeschirmt und es wird verhindert, dass hochfrequente Signale aus dem System in das Netz gelangen.
Fortschritte auf dem Prozess-Sektor
Die zur Fertigung verwendeten Prozesstechnologien verleihen Halbleiterbausteinen für Schaltnetzteile und andere Leistungs-Designs immer bessere Spannungs- und Frequenzeigenschaften. Zum Beispiel wird der vielseitige, für hohe Leistungen geeignete BiCMOS-Prozess LBC7HV von TI heute in integrierten Lösungen aus Gate-Treiber und Leistungsschalter für bis zu 600 V eingesetzt. Darüber hinaus setzen die Hersteller vermehrt auf neue Werkstoffe wie etwa Galliumnitrid (GaN) auf einem Siliziumsubstrat sowie auf Siliziumkarbid (SiC), um höhere Schaltgeschwindigkeiten und noch mehr Effizienz bei hohen Spannungen zu erzielen. Zusätzlich zu seinen siliziumbasierten Lösungen hat TI eine ganze Reihe Gate-Treiber für GaN-Schalter entwickelt. Außerdem beginnt das Unternehmen mit der Einführung fortschrittlicher Multichip-Module (MCMs), die sowohl Gate-Treiber als auch GaN-Leistungsschalter enthalten. Zusammen mit den weiter unten noch angesprochenen Innovationen sorgen Fortschritte bei den Fertigungsprozessen für mehr Leistungsdichte und tragen zur Senkung der Systemkosten bei, während die Stromversorgung gleichzeitig an Effizienz gewinnt.
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- Von zehntausenden Volt zu Bruchteilen eines Volts
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- Integration
- Fortschrittliche Gehäusetechnik
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