Leistungsinduktivitäten für das Power-Management in ADAS und AD-Systemen

ADAS und AD-Systeme stellen sehr hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der eingesetzten Bauelemente. TDK Electronics hat daher für die Induktivitäten, die in den Power-Management-Einheiten verwendet werden, mit CLT32 eine völlig neue Produktserie entwickelt, die Maßstäbe bezüglich Zuverlässigkeit, Miniaturisierung sowie den elektrischen Parametern setzt.

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„In ADAS und AD-Systemen kommen Hochleistungsprozessoren zum Einsatz, die mit sehr großer Geschwindigkeit und hohen Rechenleistungen die von verschiedensten Sensoren gelieferten Daten auswerten, Aktuatoren ansteuern und Informationen auf Displays darstellen“, erklärt Leopoldo Bertossi, Director Business Development Automotive bei TDK Electronics. „Diese Prozessoren werden mit Spannungen im Bereich um 1 V versorgt, benötigen jedoch Ströme im zweistelligen Ampère-Bereich. Als Stromversorgungseinheiten werden PMICs (Power Management ICs) eingesetzt, die zur Bereitstellung der hohen Ströme mit mehrphasigen Ausgängen arbeiten. Schlüsselbauelemente zur Stabilisierung dieser Ströme sind Leistungsinduktivitäten an den Ausgängen.“ Bild 1 zeigt eine typische Topologie einer 8-phasigen PMIC-Einheit zur Versorgung eines Prozessors.

Induktivitäten für höchste Anforderungen

An Induktivitäten für PMIC-Regler im Automotive-Bereich werden sehr hohe elektrische wie auch mechanische Anforderungen gestellt. Dazu zählen kompakte Baugröße, hohe Zuverlässigkeit, hoher Sättigungsstrom, extrem geringer RDC, geringe Verluste, sehr gute Eignung für hohe Frequenzen sowie Einsatz in hohen Umgebungstemperaturen.

„Um all diese Forderungen zu erfüllen, hat TDK für die Leistungsinduktivitäten der CLT32-Serie einen neuen Designansatz gewählt“, so Bertossi weiter. „Dabei wird eine massive Kupferspule mit einem speziellen ferromagnetischen Kunststoff-Compound umspritzt. Der Vorteil dieser Technologie ist, dass der Spulenkern und das Gehäuse gleichzeitig erzeugt werden.“

Ein weiterer Vorteil dieses Aufbaus ist laut Bertossi der Verzicht auf die üblichen internen Kontaktierungen, da die Spulenenden bereits als Anschlüsse ausgeführt sind (Bild 2). „Dieses Konstruktionsprinzip bietet – besonders für Automotive-Applikationen – zwei Vorteile: Zum einen wird die Zuverlässigkeit deutlich erhöht, zum anderen werden extrem geringe RDC-Werte erzielt“, wie der Director Business Development Automotive erklärt.

Miniaturisierung und elektrische Performance

Durch das innovative Design-Konzept benötigen die Induktivitäten der Serie CLT32 nur eine Grundfläche von 3,2 mm x 2,5 mm bei einer Bauhöhe von 2,5 mm. Damit ist ihr Flächenbedarf bis fast viermal geringer als der von Wettbewerbsprodukten mit vergleichbaren elektrischen Eigenschaften. Entscheidend ist, dass sich in PMIC-Topologien etliche dieser Leistungsinduktivitäten einsetzen lassen, was zu einer signifikanten Einsparung an Leiterplattenfläche führt.

Neben der Baugröße sind auch die elektrischen Eigenschaften der Serie im Vergleich zu Wettbewerbstechnologien besser. So sind zum Beispiel die im Vergleich zu Dünnfilm- oder Metal-Composite-Technologien geringeren Wechselstromverluste bei hohen Frequenzen beachtlich (Bild 3). Auch im Wirkungsgrad und im Drift des Sättigungsstroms bei unterschiedlichen Temperaturen sind die Induktivitäten der Serie CLT32 anderen Technologien überlegen.

Das Spektrum der Induktivitätswerte der neuen Serie umfasst sechs Typen mit Werten von 17 bis 440 nH. Ausgelegt sind die neuen Leistungsinduktivitäten für Nennströme von 10 A bis 45 A. Besonders hervorzuheben sind laut Bertossi auch die hohen Sättigungsströme bis 60 A. „Ein weiterer entscheidender Vorteil der CLT32-Serie ist ihre hohe zulässige Betriebstemperatur von 165 °C, womit sie sich bestens für den Einsatz in Automotive-Applikationen eignet“, so Bertossi. „Dank ihres weiten Frequenzbereichs von bis zu 10 MHz eignen sich die robusten Induktivitäten darüber hinaus auch für Anwendungen mit GaN-Halbleitern.“

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