DC/DC-Wandler POL-Wandler-Module mit neuer Buck-Topologie

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

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(Bild: CUI)

CUI hat eine neue Serie von POL- Wandlermodulen angekündigt, die dank einer neuen Topologie eine höhere Leistungsdichte, besseren Wirkungsgrad, schnelleres Transientenverhalten und geringere EMI bieten. Die Wandler sind für die steigenden Anforderungen in verteilten Stromversorgungsarchitekturen ausgelegt. Das NDM3ZS-60 ist ein nicht isoliertes Modul mit 60 A Ausgangsstrom, das im flachen Vertikal- und Horizontalgehäuse ausgeliefert wird. Die Module sind das erste nicht isolierte Design, das auf CUIs patentierter Solus-Power-Topologie beruht, die einen herkömmlichen Buck-Wandler in einem SEPIC-Wandler enthält und so einen SEPIC-gespeisten Buck-Wandler ermöglicht: eine einstufige Topologie mit einem Magnetelement, einem Steuerschalter und zwei Kommutierungsschaltern, die mittels PWM (Pulsweitenmodulation) optimal angesteuert werden.

Im Vergleich zu herkömmlichen Buck-Wandlern ermöglicht die Topologie geringere Spannungs- und Strombelastungen und verringert zusammen mit dem verwendeten GCE-Prozess (Gate Charge Extraction) die Einschaltverluste um 75% und die Ausschaltverluste beim Steuer-FET um 99%. Zudem erhöht sich der Wirkungsgrad, da die Energiezufuhr in verschiedene Pfade erfolgt, was die Leitungsverluste im Schaltkreis um fast 50% verringert.

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Mit der neuen Topologie erreicht das NDM3ZS-60 einen Spitzenwirkungsgrad beträgt 91,3% bei 12 VDC Eingangsspannung, 1 VDC Ausgangsspannung und 50% Last. Der Wirkungsgrad bleibt bis zur Volllast auf hohen 88,5%. Das Transientenverhalten wurde ebenfalls verbessert. Bei 12 VDC (Eingang) auf 1 VDC (Ausgang) mit einem 30-A-Lastschritt (von 15 bis 45 A) und einer Anstiegsgeschwindigkeit von 10 A/µs beträgt die Transienten-Spitzenspannung nur 16 mV mit dem üblichen externen Kondensator.

Das NDM3ZS-60 ist auch das erste Modul mit Intersils neuestem digitalen Leistungs-Controller, dem ZL8800, der verschiedene Digitalfunktionen bietet. Die ChargeMode-Control-Technologie verbessert das Transientenverhalten des Moduls zusätzlich, da auf einen Transienten-Lastschritt mit einem Schaltzyklus reagiert wird. Mit der erforderlichen Zero-Kompensation sorgen die Module für eine automatische, kontinuierliche Abwägung zwischen dynamischer Leistungsfähigkeit und Systemstabilität. Damit erübrigt sich die herkömmliche Praxis, Spielräume für Faktoren wie Bauteilalterung, Fertigungsabweichungen und Temperaturänderungen mit einzudesignen, was zu höheren Bauteilkosten und längeren Entwicklungszyklen führt. Die Zero-Kompensation des NDM3ZS stellt dynamisch und in Echtzeit die optimale Stabilität her, sobald sich die Lastbedingungen ändern.

Die NDM3ZS-60-Serie bietet einen Eingangsspannungsbereich von 7,2 bis 14 VDC und einen einstellbaren Ausgangsspannungsbereich von 0,6 bis 1,5 VDC. Zu den weiteren Funktionen zählen Spannungssequenzierung, Spannungs-Tracking, Synchronisierung und Phasenspreizung, programmierbarer Soft-Start und Stopp, sowie verschiedene Überwachungsfunktionen. Alle Funktionen sind über PMBus-Befehle oder CUIs Novum ACE GUI dynamisch programmierbar.

Die Modulreihe ist in drei Konfigurationen erhältlich: die vertikale Durchkontaktierungs-version misst 33,02 mm (L) x 8,92 mm (B) x 18,11 mm (H). Die horizontale Variante misst 33,02 mm x 18,11 mm x 7,44 mm und steht als SMD- oder Durchkontaktierungsversion zur Verfügung. Für zusätzliche Flexibilität während der Entwicklung sind die Stellflächen der Module verschachtelt (footprint nested), um Dual-Layout-Anforderungen zu erfüllen, für den Fall, dass sich die Designanforderungen ändern. Das NDMZ3S-60 ist bezüglich seiner Stellfläche kompatibel zu 40- und 50-A-Digitalmodulen, wie sie derzeit von CUI und anderen Herstellen angeboten werden. Das neue Modul bietet damit eine bis zu 50% höhere Leistungsdichte als bestehende Lösungen.

„Wir freuen uns über die Ankündigung unseres ersten, nicht isolierten POL-Moduls auf Basis der Solus Power-Topologie“, so Mark Adams, Senior Vice President bei CUI. „Unsere Kunden im Bereich Netzwerkausrüstung erreichen mit bestehenden POL-Topologien die Leistungsobergrenze, da die Anforderungen an die Versorgung heutiger fortschrittlicher ICs weiter steigen. Unser NDM3ZS-60 adressiert diese Forderungen hinsichtlich eines höheren Wirkungsgrads, mehr Leistungsdichte, und verbesserten Transientenverhaltens.“

Entwicklungsmuster sind ab sofort für ausgewählte Kunden erhältlich.

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