POL-Wandler

Was Sie bei der Auswahl von Point-of-Load-Modulen beachten sollten

| Autor / Redakteur: Aaron Yarnell * / Thomas Kuther

Digital geregelte und kompensiert: Die POL-Module der NDM3ZS-Serie basieren auf Intersils Digital-Controllern mit Charge-Mode-Regelkreis und ermöglichen schnelle Reaktionszeiten auf Transientenereignisse.
Digital geregelte und kompensiert: Die POL-Module der NDM3ZS-Serie basieren auf Intersils Digital-Controllern mit Charge-Mode-Regelkreis und ermöglichen schnelle Reaktionszeiten auf Transientenereignisse. (Bild: Bild: CUI)

Wer Stromversorgungen auf Board-Ebene entwickelt, muss immer höhere Anforderungen erfüllen. Hier erfahren Sie, worauf es bei der Wahl eines geeigneten POL-Wandlermoduls ankommt.

Da die Welt immer schneller vernetzt wird, zwingt der Fortschritt bei Mikroprozessoren die Entwickler dazu, Lösungen zu finden, mit denen die zunehmend komplexeren Stromversorgungsanforderungen auf Board-Ebene bewältigt werden können. Geringere Core-Spannungen, engere Toleranzen, rasant steigende Leistungsdichten und digitale Datenkommunikation stellen die Entwickler vor neue Herausforderungen.

Dies wird vor allem bei der Integration von POL-Modulen (Point-of-Load) deutlich. In den letzten Jahren haben sich daher verschiedene Trends entwickelt, die vornehmlich die Leistungsfähigkeit, den Wirkungsgrad, die Zuverlässigkeit, Größe und digitale Steuerung mit einbeziehen.

Die Hersteller von Stromversorgungen müssen heute mit den immer kleiner werdenden Chip-Architekturen und höheren On-Board-Leistungsanforderungen Schritt halten. Dafür sind Lösungen mit hoher Leistungsdichte am Lastpunkt erforderlich. Wer unter dem Druck des rasanten Wandels steht und die Anforderungen hinsichtlich verbesserter Standards bei Spannung, Strom, Leistung und Schaltgeschwindigkeit erfüllen muss, sollte wissen, worauf es kommt bei der Wahl eines POL-Moduls ankommt.

Hier sind zehn Punkte, die Sie beachten sollten:

  • Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich,
  • Strombelastbarkeit,
  • Größe,
  • Spannungsgenauigkeit/-toleranz,
  • Wirkungsgrad,
  • Stromteilung,
  • Kommunikation,
  • Programmierbarkeit,
  • Leistungsdichte,
  • Weniger ist mehr.

Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich: Bei einer möglichen POL-Modullösung müssen zuerst die Eingangs- und Ausgangsparameter festgelegt werden. In einem Stromversorgungssystem befindet sich oberhalb des POL eine DC-Versorgungsschiene, die Leistung für das POL-Modul bereitstellt. Liegt der gesamte Versorgungsbereich der Spannungsschiene (z.B. 12 V ±10%) innerhalb der Eingangsparameter des POL-Moduls? Nach dem POL-Modul muss eine stabile Spannung für die Last bereitgestellt werden. Bietet der POL-Ausgang den notwendigen Spannungsbereich für die Last (z.B. 0,9 V)?

Strombelastbarkeit: Die meisten POLs sind durch ihren maximalen Strom gekennzeichnet, den sie für die Last bereitstellen können (z.B. 12, 60, 90 A). Sie müssen sicherstellen, dass Ihre Nennlast plus Transienten innerhalb des Strombelastbarkeitsbereichs des gewählten POL-Moduls liegt. Eine übermäßige Stromentnahme über den Nennwert des POL hinaus kann den Überstromschutz des Moduls aktivieren oder das Modul thermisch überlasten.

Größe: POL-Module bieten zahlreiche Vorteile gegenüber Abwärtswandlern, in denen der Wandler aus mehreren Komponenten auf dem Board des Hauptsystems zusammengesetzt ist. Einer der größten Vorteile ist der geringere Platzbedarf auf dem Board. Da dieser Platz horizontal (x-y-Ebene) oft sehr eingeschränkt ist, steht vertikal (z-Achse) mehr Platz zur Verfügung, falls dieser erforderlich ist. POL-Module im SIP-Gehäuse (Single In-line Package) werden immer beliebter, da Boards immer dichter bestückt und die verfügbaren Flächen immer kleiner werden.

Spannungsgenauigkeit/-toleranz: Viele Lasten wie FPGAs, DSPs und ASICs weisen immer kleinere Strukturen (Prozessknoten) auf und fordern damit niedrigere Spannungen und höhere Genauigkeit. Die anfängliche Sollgenauigkeit und Toleranz, die das POL-Modul über verschiedene Netz- (Eingangsspannungsänderungen), Last- (Nenn- und Transienten-Ausgangslast) und Temperaturbedingungen bietet, ist daher entscheidend. Transientenlasten spielen eine zunehmende Rolle bei der Abwägung der Toleranz.

Traditionelle analoge POL-Topologien weisen meist ein langsameres und festes Transientenverhalten auf. Sie benötigen große Ausgangskondensatoren oder eine erweiterte Spannungstoleranz. Digitale POL-Module enthalten fortschrittliche Algorithmen, mit denen sie intelligent auf die Größe und Schwere verschiedenster Transientenlasten reagieren können. Dies minimiert die erforderliche Anzahl an Ausgangskondensatoren als auch die Abweichung der Ausgangsspannung, sobald ein Transientenereignis stattfindet.

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