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Kaskadierbarer DC/DC-Abwärtswandler maximiert die Leistungsdichte in Hochstrom-Stromversorgungen für FPGAs und Prozessoren

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Der SWIFT-Wandler TPS546D24A liefert bis zu 160 A Ausgangsstrom und verbessert die thermischen Eigenschaften von Kommunikations-, Enterprise- und Industrie-Anwendungen.

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Kaskadierbar: der DC/DC-Abwärtswandler TPS546D24A maximiert die Leistungsdichte in Hochstrom-Stromversorgungen für FPGAs und Prozessoren.
Kaskadierbar: der DC/DC-Abwärtswandler TPS546D24A maximiert die Leistungsdichte in Hochstrom-Stromversorgungen für FPGAs und Prozessoren.
(Bild: Texas Instruments)

Texas Instruments hat den 40-A-SWIFT-DC/DC-Abwärtswandler TPS564D24A vorgestellt, der die Möglichkeit zur Kaskadierung von bis zu vier ICs bietet. Der PMBus-Abwärtswandler kann damit bei Umgebungstemperaturen bis 85 °C max. 160 A Ausgangsstrom liefern. Zudem erreicht der TPS564D24A einen hohen Wirkungsgrad, sodass Entwickler die Verluste in Rechenzentren, Enterprise-Computing-Anwendungen, medizinischen Applikationen, der Mobilfunk-Infrastruktur und leitungsgebundenen Netzwerken um 1,5 W reduzieren können.

Platzsparendere Stromversorgungen mit optimierten thermischen Eigenschaften

Die Maße und die thermischen Eigenschaften sind zwei entscheidende Aspekte bei der Entwicklung von Stromversorgungen für moderne Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs). Dank seiner Kaskadierbarkeit wird der TPS564D24A beiden Aspekten gerecht. Der Baustein hat ein PMBus-Interface mit einem selektierbaren internen Kompensationsnetzwerk, sodass Entwickler bis zu sechs externe Kompensations-Bauelemente auf der Leiterplatte einsparen können. Gegenüber diskreten mehrphasigen Controllern lässt sich der Platzvedarf der Stromversorgungslösung für FPGAs oder ASICs mit höherem Strombedarf um über 10% bzw. 130 mm2 verringern.

Darüber hinaus bietet der TPS564D24A einen geringen thermischen Widerstand von 8,1 K/W und kommt im Betrieb auf eine um 13 K niedrigere Temperatur als konkurrierende DC/DC-Wandler. Dies ist vorteilhaft, z.B. in Basisband-Einheiten oder automatische Prüfsystemen, die unter rauen Umgebungsbedingungen und bei hohen Temperaturen arbeiten müssen.

Erhöhter Wirkungsgrad bei hohen Schaltfrequenzen

Der Einsatz von Gleichspannungswandlern mit hohen Schaltfrequenzen gibt Entwicklern die Möglichkeit, den Platzbedarf der Stromversorgung zu reduzieren, und vereinfacht die Entwicklung breitbandiger Systeme. Der TPS564D24A ermöglicht eine Schaltfrequenz von 1,5 MHz, sodass Entwickler einen Strom von 40 A pro IC erreichen können, während sich die Induktivität und Kapazität gegenüber ähnlichen Wandlern um ein Drittel verringert. Um die ungünstigen Auswirkungen der höheren Schaltfrequenz auf den Wirkungsgrad abzumildern, enthält der TPS564D24A einen low-seitigen MOSFET mit 0,9 mΩ, was den Wirkungsgrad gegenüber vergleichbaren DC/DC-Abwärtswandlern um 3,5% anhebt. Weitere Einzelheiten über das Optimieren der thermischen Eigenschaften bei hohen Schaltfrequenzen enthält der Fachartikel „SoC power design: 3 steps to a thermally optimized power supply”.

Einhaltung der rigorosen Spannungsgenauigkeits-Vorgaben für FPGA-Stromversorgungen

FPGAs werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Beim Design von Stromversorgungen für diese Bauelemente ist es für Entwickler oft überraschend, welche Genauigkeit von den DC-Versorgungsspannungen für FPGAs verlangt wird. Der TPS564D24A macht es für die Entwickler einfacher, diese rigorosen Spannungstoleranz-Anforderungen einzuhalten, denn er bietet einen Ausgangsspannungsfehler von unter 1%. Sein umfangreicher PMBus-Befehlssatz und die Möglichkeit, ihn über die äußere Beschaltung zu konfigurieren, ermöglicht es den Entwicklern, den Strom für Fehlermeldungen exakter zu überwachen und Überdimensionierungen zu vermeiden. Mehr über das Design von Stromversorgungen für FPGAs finden Sie in der Applikationsschrift „Achieving Better than 1% Output Voltage Accuracy with TPS546D24A”.

Verfügbarkeit und Preise

Der TPS546D24A ist bei TI und autorisierten Distributoren jetzt in einem 5 mm x 7 mm messenden QFN-Gehäuse (Quad Flat No-lead) mit 40 Pins verfügbar. Die Preise beginnen bei 4,27 US-$ (ab 1000 Stück). Das Evaluation Module TPS546D24AEVM gibt es auf TI.com für 199 US-$. Vorserien-Versionen der pin- und footprintkompatiblen Gleichspannungswandler TPS546B24A (20 A) und TPS546A24A (10 A) DC/DC gibt es derzeit ausschließlich bei Texas Instruments. Hier beginnen die Preise bei 3,25 bzw. 2,49 US-$ (jeweils ab 1000 Stück).

Zusätzlicher Support beim Design

• Laden Sie sich das folgende Referenzdesign herunter: 4-phase, 160-A synchronous buck converter reference design for communications processor power.

• Informieren Sie sich über die hocheffizienten DC/DC-Abwärtswandler von TI.

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