Soluzione converter DC-DC compatta a bassissimo rumore e alta corrente, per circuiti di elaborazione di dati e segnali

di Dong Wang, Applications Engineer, Analog Devices

L’importanza di circuiti integrati per l’elaborazione dei dati, come gli FPGA (field programmable gate arrays), i circuiti integrati molto complessi (SoC) ed i microprocessori, sta crescendo all’interno dei sistemi di telecomunicazione, di reti locali, industriali, automotive, aerospazio e difesa. Una caratteristica comune a tutti questi sistemi è l’aumento costante della potenza di elaborazione, con conseguente aumento dei requisiti di alimentazione. I progettisti sono ben consapevoli dei problemi di gestione termica dei processori ad alta potenza, ma potrebbero non considerare i problemi di gestione termica degli alimentatori. In modo analogo agli stessi processori, nel peggiore dei casi i problemi termici sono inevitabili quando le basse tensioni di core richiedono un’elevata corrente: tendenza generale degli alimentatori per tutti i sistemi di elaborazione dati.

 

Panoramica dei requisiti del convertitore DC-DC: EMI, rapporto di conversione, dimensioni e considerazioni termiche

Tipicamente, un FPGA/SoC/microprocessore richiede differenti tensioni di alimentazione, tra cui 5 V, 3,3 V, e 1,8 V per l’alimentazione periferica e ausiliaria; 1,2 V e 1,1 V per DDR4 e LPDDR4, e 0,8 V per i core di elaborazione. I convertitori DC-DC che producono queste tensioni, utilizzano tipicamente ingressi da 12 V o 5 V, da una batteria o da un bus dc intermedio. Per ridurre queste tensioni dc in ingresso fino alle tensioni molto più basse richieste da un processore, i convertitori buck rappresentano la scelta ideale per la loro elevata efficienza con ampi rapporti di step-down. I convertitori switch-mode sono disponibili in centinaia di varianti, ma molti possono essere classificati sia come controller (MOSFET esterni) che come regolatori monolitici (MOSFET interni).

Le soluzioni di controllo tradizionali possono non essere all’altezza

Un tradizionale controller integrato in switch-mode pilota MOSFET esterni e dispone di componenti esterni di compensazione a feedback del circuito di controllo. Il convertitore risultante può essere molto efficiente e versatile, e nel contempo fornire un’elevata potenza, tuttavia il numero di componenti discreti richiesti rende la progettazione relativamente complicata e difficile da ottimizzare. Gli switch esterni possono anche limitare la velocità di commutazione, il che rappresenta un problema quando lo spazio è limitato, come ad esempio in ambienti automotive o avionici, poiché frequenze di commutazione più basse si traducono in componenti di dimensioni maggiori.

I regolatori monolitici, d’altra parte, possono semplificare notevolmente la progettazione. Questo articolo tratta in maniera approfondita le soluzioni monolitiche, a partire dalla sezione “Ridurre le dimensioni migliorando l’EMI”.

 

Non trascurare i tempi minimi di accensione e spegnimento

Un’altra importante considerazione riguarda il tempo minimo di commutazione o la sua capacità di operare con duty cycle sufficienti per soddisfare la relazione tra tensioni di ingresso e di uscita. Maggiore è il rapporto di step-down, minore è il tempo minimo di accensione richiesto (anche in funzione della frequenza). Allo stesso modo, il tempo minimo di spegnimento corrisponde alla tensione di dropout: quanto può scendere l’input prima che l’output non sia più supportato. Sebbene l’aumento della frequenza di commutazione offra il vantaggio di una soluzione complessivamente più piccola, i tempi minimi di accensione e spegnimento impostano il limite superiore della frequenza di funzionamento. In sintesi, quanto più bassi sono questi valori, tanto maggiore è il margine di libertà che si ha a disposizione per la progettazione con piccole dimensioni e alta densità di potenza.

ATTENZIONE: quello che hai appena letto è un estratto dell'articolo. Per continuare la lettura registrati oppure effettua l'accesso.

Post correlati

Commenta questo articolo