Recom Power
DC/DC-Module sind effizienter
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Wärmemanagement und schnelles Prototyping
Auch wer glaubt, die bislang beschriebenen Hürden mühelos meistern zu können, steht bei der Realisierung diskreter Designs vor einem weiteren Problem. Aufgrund der geringen Größe moderner Controller-ICs wird das Abführen der Verlustwärme zu einer echten Herausforderung. Für die zulässige Umgebungstemperatur eines Designs und für dessen Lebenserwartung ist aber ganz entscheidend, wie gut dies gelingt.
Als zielführend hat sich der Einsatz von vierlagigen Platinen erwiesen. Dabei lässt sich die durchgehende Masselage als Kühlfläche nutzen. Spätestens dann, wenn für die übrige Schaltung zwei Lagen ausreichen würden, ist es wirtschaftlicher, fertige Module einzusetzen. Die neue RPM-Familie etwa setzt beim thermischen Design auf unterschiedliche Durchkontaktierungen (Vias), die als Heat-Pipe fungieren. Diese Technologie ist relativ teuer, sorgt aber dafür, dass die Wärme der BGA-ICs und der passiven Bauteile homogen an das Metallgehäuse und an die Masselage abgeführt wird. Dadurch können die RPM-Module bei Umgebungstemperaturen bis +105 °C ohne Derating mit Kühlung nur über Gehäuse und Masselage arbeiten. Das leistungsstärkste Modul liefert dabei Ströme bis 6 A und erreicht eine Leistungsdichte von über 50 W/cm³.
Bei der RPM-Serie handelt es sich um moderne nichtisolierte SMD-Schaltreglermodule. Momentan sind Versionen mit wahlweise 3,3 V und 5,0 V am Ausgang und Strömen von 1 A, 2 A, 3 A oder 6 A lieferbar. Durch externe Widerstände lassen sich, sofern erforderlich, beliebige Ausgangspannungen zwischen 0,9 V und 6,0 V einstellen. Die nur 3,75 mm hohen Module haben Wirkungsgrade, die je nach Modell maximal Werte zwischen 97 % und 99 % erreichen. Die Module sind so konzipiert, dass Spitzenwerte insbesondere auch im unteren Lastbereich zwischen 5 % und 20 % der Volllast erreicht werden (Bild 3).
Zusätzlich sind die neuen Schaltregler-Module mit Features wie Soft-Start, Sequencing und Output-Voltage-Tracking ausgestattet. Die RPM-Serie wird vollautomatisch in Europa gefertigt und ist über die bekannten Distributionskanäle lieferbar. Der Preis für das leistungsstärkste Modul liegt je nach Stückzahl um die vier Euro.
Schnelleres Prototyping
Anders als bei diskret aufgebauten Schaltreglern bietet der Einsatz modularer DC-DC-Wandler den Vorteil, direkt mit der Entwicklung von Prototypen beginnen zu können. Solange die Module noch »Beinchen« hatten, war das problemlos möglich. Bei der RPM-Serie mit ihren 25 nur circa 1 mm² großen Löt-Pads ist dies nicht mehr ganz unproblematisch. Deshalb hat Recom spezielle Evaluation-Boards entwickelt, um die Entwicklung von Prototypen zu erleichtern (Bild 4). Ohne löten zu müssen, lassen sich alle Funktionen des Schaltreglers erproben bis hin zu eventuell erforderlichen, externen Filterkomponenten.
Auch wenn nichtisolierte Schaltregler dank hoch integrierter Controller-ICs scheinbar einfach zu realisieren sind, ist der Einsatz fertiger Module in vielen Fällen sinnvoll. Sie beschleunigen nicht nur die Entwicklung von Prototypen, sie reduzieren auch das Risiko missglückter, teurer EMV-Tests erheblich. Hinzu kommt, dass in der Stückliste nur ein einziges Bauteil auftaucht, anstelle einer Reihe von diskreten Komponenten mit teilweise sehr unterschiedlichen Lieferzeiten. Zu guter Letzt ist die korrekte Positionierung des nur 2 mm² kleinen Controller-Chips auf der Kundenplatine nicht ganz unproblematisch – insbesondere dann, wenn sehr viel größere Komponenten in der Nähe positioniert sind.
| Parameter | RPM-1.0 | RPM-2.0 | RPM-3.0 | RPM-6.0 |
|---|---|---|---|---|
| Eingangsspannung / V | 3 bis 17 | 3 bis 17 | 3 bis 17 | 4 bis 15 |
| Ausgangsspannung / V | 3,3/5,0 | 3,3/5,0 | 3,3/5,0 | 3,3/5,0 |
| max. Ausgangsstrom / A | 1 | 2 | 3 | 6 |
| Betriebstemperatur / °C | –40 bis +107 | –40 bis +105 | –40 bis +105 | –40 bis +90 |
| Größe (L × B × H) / mm | 12,2 × 12,2 × 3,75 | 12,2 × 12,2 × 3,75 | 12,2 × 12,2 × 3,75 | 12,2 × 12,2 × 3,75 |
| DOSA-konform | Ja | Ja | Ja | Ja |
Tabelle: Übersicht über die DC-DC-Wandlermodule der RPM-Serie von Recom Power.
- DC/DC-Module sind effizienter
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