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SiP-Power-Module Entwurf von Stromversorgungen mit SiP-Power-Modulen

Robert Nicoletti *

Anbieter zum Thema

Maxim Integrated Products GmbH
TRACO ELECTRONIC GMBH
Bicker Elektronik GmbH
RECOM Power GmbH

SiP-Module der Himalaya-Familie sind pinkompatible Ausführungen für verschiedene Ströme und Spannungen, um hohe Flexibilität im Design und einfache Migration zu ermöglichen.

SiP-Power-Module: Ein System-in-Package (SiP) integriert alle Schlüsselkomponenten, die für z.B. eine komplette Stromversorgungslösung benötigt werden.(Bild: Maxim)
SiP-Power-Module: Ein System-in-Package (SiP) integriert alle Schlüsselkomponenten, die für z.B. eine komplette Stromversorgungslösung benötigt werden.
(Bild: Maxim)

Nicht nur beim IC-Design, sondern auch bei den integrierten Gehäusetechnologien sorgen verbesserte Halbleiterprozesse für stets kleinere Geometrien. Dadurch können Modulhersteller die für eine Stromversorgungsschaltung erforderlichen passiven Bauelemente mit den elementaren ICs zu einer kompakten Stromversorgungslösung in einem einzigen Bauteil zusammenfassen.

Synchrone Schaltregler enthalten integrierte FETs und sind kleiner, effizienter und präziser als frühere Schaltregler.

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Die neuesten Power-Module wiederum kombinieren diese neuen synchronen Schaltregler mit Bauelementen wie zum Beispiel Widerständen, Kondensatoren, MOSFETs und Spulen zu einem einfach anwendbaren Hybrid-Power-Modul, das die finale Lösung kompakter und kostengünstiger macht und die Komplexität des Layouts gegenüber diskreten Ansätzen enorm verringert.

Beim Design auf Power-Module zurückzugreifen hat einen grundlegenden Vorteil: Gestützt auf ein vorgefertigtes Stromversorgungs-Design, kann man sich rein auf die Alleinstellungsmerkmale des eigenen Produkts konzentrieren.

Synchrone Buck-Schaltregler als Ausgangspunkt

Mit den SiP-Power-Modulen der Himalaya-Familie (SiP; System-in-Package) offeriert Maxim beispielsweise pinkompatible Ausführungen für verschiedene Ströme und Spannungen, um eine hohe Design-Flexibilität zu erreichen. Im Interesse niedrigerer Kosten sind sie für eine einfache Migration ausgelegt.

Verbesserungen bei den IC-Prozessen und IC-Designs ermöglichte die Integration der in Schaltnetzteilen erforderlichen MOSFETs, was den Weg zur Entwicklung von Netzteilen mit Synchrongleichrichtung ebnete. Das hat den Gleichspannungswandler-Markt speziell in Anwendungen für hohe Spannungen stark verändert. Die neuesten synchronen Buck-Schaltregler zeichnen sich durch hohe Effizienz, reduzierte Wärmeentwicklung und kleinere Abmessungen aus.

Diese Technik verdient deshalb nachfolgend einen genaueren Vergleich zwischen synchronen und nicht-synchronen Stromversorgungs-ICs.

Bild 1 zeigt den Unterschied zwischen synchronen und nicht-synchronen Stromversorgungs-Designs. Traditionelle, nicht-synchrone Buck-Wandler bedienen sich einer externen Schottky-Diode, die den Strom der Ausgangsspule gleichrichtet und leitet, während der High-Side-Transistor abgeschaltet ist. Diese Technik ist in der Theorie recht einfach. In der Praxis aber gestaltet sich ihr Design schwierig. Der größte Nachteil nicht-synchroner Wandler ist die Tatsache, dass in der Diode infolge ihrer Vorwärtsspannung erhebliche Wärme entsteht. Das resultierende System ist somit auch nicht besonders effizient.

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