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Bild 5: Wärmebild der Multicore-ASIC-PoL-Platine bei 14,0 Volt Eingangsspannung<br />
und 0,7 Volt / 6,0 Ampere am Ausgang. Die Höchsttemperatur liegt<br />
bei 44,1 Grad Celsius.<br />
gen beim Wirkungsgrad der drei PoL-Konverter für verschiedene<br />
Nex-FETs – Texas Instruments Mosfet-Technologie für niedrige<br />
Kapazitäten, hohe Schaltfrequenz und hohe Leistungsdichte – an<br />
unterschiedlichen Bus-Spannungen zu bewerten.<br />
Der Wirkungsgrad der drei Wandler ließ sich mit einer Excel-<br />
Tabelle für verschiedene Kombinationen von Nex-FETs und für<br />
diverse IBS-Werte berechnen. Dabei mussten die Entwickler zwei<br />
Schaltfrequenzen (TPS40303/TPS304: 300/600 Kilohertz), einschließlich<br />
der Verluste in den passiven Komponenten berücksichtigen<br />
(verwendete Induktivitäten: MSS1048-222NLC für 1 Volt bei<br />
6 Ampere), IHLP5050FDEC1R05M01 für 3,3 Volt bei 16 Ampere,<br />
MSS1260-682MLD für 6,3 Volt bei 4 Ampere).<br />
Die Schlussfolgerungen daraus führten zu der Entscheidung,<br />
unterschiedliche Schaltfrequenzen für die drei Wandler zu ver-<br />
wenden:<br />
0,7 bis 0,9 Volt (VID) bei 6 Ampere, fs = 300 Kilohertz<br />
■ (TPS 40303), PMP4709 (Schaltplan in Bild 2)<br />
6,3 Volt bei 4 Ampere, fs = 600 Kilohertz (TPS40306),<br />
■ PMP4711<br />
3,3 Volt bei 16 Ampere, fs = 600 Kilohertz (TPS40306),<br />
■ PMP4713<br />
Folgende Nex-FETs sollten zum Einsatz kommen: High-Side:<br />
CSD 16409Q3 wegen der besten Gesamtleistung (etwa 60 Milliwatt<br />
Verluste, nahezu unabhängig von der Eingangsspannung). Low-<br />
Side: CSD16323Q3 wegen ähnlicher Leistung wie CSD16340Q3,<br />
PowerlinePlus-Wandler<br />
arbeiten bis nahe 100°C<br />
mit voller Leistung.<br />
Das als Kühlkörper<br />
konzipierte Gehäuse<br />
optimiert Wärmetransfer<br />
und Wirkungsgrad.<br />
RPP-Wandler sind auch<br />
mit für Gehäusemontage<br />
geeigneter Kühlplatte<br />
lieferbar.<br />
Stromversorgungen und<br />
Powermanagement<br />
jedoch besserer Preis (237 bis 287 Milliwatt Verluste, von 7 bis 14<br />
Volt Eingangsspannung).<br />
Hohe Flexibilität gewährleisten<br />
Der PWM-Controller und die Mosfets ergeben gemeinsam eine<br />
kompakte Größe von 27 Millimeter. Aus diesem Grund kamen<br />
Nex-FETs für diese Applikation zum Einsatz, auf die die Kriterien<br />
kleines Gehäuse und mittlere Performance zutrafen. Selbstverständlich<br />
können sich die Kriterien von Anwendung zu Anwendung<br />
ändern. Dabei sind in der Regel Aspekte, wie Leistungsdichte,<br />
Wirkungsgrad, Wärmemanagement und Kosten zu beachten,<br />
um den besten Kompromiss für die spezifischen Ziele des jeweiligen<br />
Designs zu erzielen.<br />
Um die größtmögliche Flexibilität auf den entworfenen Leiterplatten<br />
zu erreichen, können diese Nex-FETs unterschiedlicher<br />
Bauform aufnehmen. Hier passen sowohl Nex-FETs im SON-<br />
5X6mm-Gehäuse (kompatibel zu Power-PAK SO-8) als auch im<br />
SON3X3mm-Gehäuse. Somit können für jede spezifische Anwendung<br />
unterschiedliche Nex-FETs unter Einhaltung des erforderlichen<br />
Kompromisses zwischen Leistung und Kosten getestet werden.<br />
Wie bereits erwähnt, dient diese Art von Platine als Designhilfe<br />
für den ersten IC-Testlauf in einer spezifischen Applikation.<br />
Dabei handelt es sich um den typischen Support in Hinsicht<br />
auf Schaltplan, Leiterplattenlayout und Prototyp. Auf diese Weise<br />
hat TI eine universelle Demo-Platine für den TPS4030x-PWM-<br />
Controller entwickelt, die auch für andere Projekte geeignet ist, um<br />
unterschiedliche Nex-FETs unter der Berücksichtigung von Leistung<br />
und Kosten zu vergleichen.<br />
Messungen an den PoL-Wandlern durchführen<br />
Die Wirkungsgradmessung für einen der drei Wandler lassen sich<br />
in Bild 3 ablesen. TI hat den Wandler hinsichtlich der minimalen<br />
und maximalen IBS für den Multicore-ASIC mit 0,7 bis 0,9 Volt<br />
(VID) bei 6 Ampere getestet. Das Bode-Diagramm der Regelschleife<br />
ist in Bild 4 dargestellt. Diese zeigt die hohe Regelbandbreite<br />
von ungefähr 100 Kilohertz, die sich aufgrund der dynamischen<br />
Eigenschaften des TPS4030x erzielen ließ. In Bild 5 weist das<br />
Wärmebild der Platine eine Höchsttemperatur von 44,1 Grad Celsius<br />
auf, wobei die Temperaturen der Induktivität und der High-<br />
Side- sowie Low-Side-FETs fast gleich sind. (eck) n<br />
Die Autoren: Pietro Scalia, EMEA Design Services Engineer<br />
und Matthias Ulmann, EMEA Power Marketing Manager für<br />
den Bereich Telekommunikation, TI in Freising.<br />
PCIM Europe 2011,<br />
Nürnberg<br />
17. bis 19. Mai 2011 -<br />
Halle 12, Stand: 12-751<br />
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