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Wirkungsgrad: Es gibt viele verschiedene Arten von POL-Modulen, die alle ihre eigenen Funktionen und Leistungsmerkmale bieten. Oft übersehen wird der Wirkungsgrad bzw. die Energieeffizienz. Schon geringe Mengen an Ineffizienz können sich addieren und den Gesamtwirkungsgrad verschlechtern. Die Wahl von POL-Modulen mit höheren Wirkungsgraden ist nicht nur für die Umwelt von Vorteil, sondern wirkt sich auch positiv auf die Zuverlässigkeit des Systems aus, da sich die Wärmeentwicklung als auch die Betriebskosten verringern.

Stromteilung: In Anwendungen mit höheren Strömen kann es vorteilhaft sein, mehrere POL-Module mit niedrigem Stromausgang in einer Stromteilungskonfiguration zu verwenden, anstatt ein einziges POL-Modul für einen hohen Strom zu verwenden. Digital geregelte POL-Module eignen sich besonders gut für diesen Aufbau, da die thermische Belastung auf mehrere Module verteilt wird anstatt sich auf ein einziges POL-Modul zu konzentrieren. Bei digital geregelten POL-Modulen ist eine Phasenspreizung möglich, d.h. der Schaltzyklus jedes Moduls ist versetzt, was die Welligkeit der Ausgangsspannung der gesamten Stromteilungsgruppe verringert. Bei der Stromteilung können die Module auch wesentlich schneller auf Transienten reagieren, was die Spannungsgenauigkeit am Ausgang erhöht.

Kommunikation: Viele POL-Module, wie die von CUI, werden heute mit einer digitalen Kommunikationsschnittstelle wie dem Inter-IC-Kommunikationsbus (I²C) ausgestattet. Damit lassen sich Protokolle wie der System Management Bus (SMBus) oder der Power Management Bus (PMBus) nutzen. Der Host-Controller des Systems kann so mit dem POL-Modul kommunizieren. Dafür stehen Befehle für die Konfigurationseinstellungen, Steuerungsfunktionen und Telemetriedaten zur Verfügung.

Programmierbarkeit: Benötigt ein System mehrere Spannungsschienen, dynamische Spannungsschienen, Margining-Tests etc., sind programmierbare POL-Module von Vorteil. Es gibt zwei grundlegende Arten der Programmierbarkeit:

• Als einfache Version bietet sich das Pin-Strapping an. Dabei wird ein Widerstand auf dem System-Board platziert, den das POL-Modul beim Einschalten erkennt. Je nach Widerstandswert stellt sich das Modul dann auf eine bestimmte Ausgangsspannungsschiene oder Ausgangskonfiguration ein. Einkaufsabteilungen bevorzugen diese Funktion, da nur ein POL-Modul (eine Teilenummer) erforderlich ist und dieses an verschiedenen Stellen auf dem System-Board platziert werden – oder in verschiedenen Projekten zum Einsatz kommen kann. Damit lassen sich verschiedene Spannungsschienen mit der gleichen Teilenummer erzeugen. Ein einziges POL-Modul kann so mittels Pin-Strapping einen Ausgang mit 0,9 V, ein anderes 1,0 V, und wiederum ein anderes 1,35 V bereitstellen.

• Wie erwähnt, bieten fortschrittlichere POL-Module eine digitale Kommunikationsschnittstelle wie I²C, SMBus oder PMBus. Dies erhöht die Flexibilität, da der Host-Controller nun Zugriff auf Befehls-, Steuerungs- und Telemetriefunktionen des POL-Moduls hat. Mittels vordefinierter Befehle kann der Host-Controller das Modul ein- und ausschalten sowie dynamisch so konfigurieren, dass Funktionen wie Spannungs-Margining, Stromsparmodi und die Änderung der Spannungs-/Strom-/Temperatur-Schutzfunktionen möglich ist. Der Host-Controller hat Zugriff auf Telemetriedaten wie die Temperatur, Eingangsspannung, Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom. Digitale Kommunikation wird auch von Entwicklungs-, Fertigungs- und Einkaufsteams geschätzt, da eine einzige POL-Modul-Teilenummer überall auf dem Board platziert und dann mittels Software konfiguriert werden kann, um verschiedene Spannungsschienen-Anforderungen zu erfüllen.

Leistungsdichte: Die Leistungsdichte ist ein Maß für die Energiemenge, die ein POL-Modul mit seinen Abmessungen bereitstellen kann. Der Wert wird meist in Watt pro Kubikzoll (W/in³) oder in Watt pro Kubikzentimeter (W/cm³) angegeben. Da Systeme immer komplexer werden und mehr Leistung auf gleichem oder kleinerem Raum benötigen, sind POL-Module mit höherer Leistungsdichte erforderlich.

Weniger ist mehr: Ein weiterer Aspekt bei der Wahl eines POL-Moduls ist die Zahl der Support-Schaltkreise, die erforderlich ist, um den gewünschten Modulbetrieb sicherzustellen, ohne dabei Layout- oder Zuverlässigkeitsprobleme zu verursachen. Digital geregelte und kompensierte POL-Module wie CUIs NDM3Z- und NDM3ZS-Serien können hier ihre Vorteile beisteuern. Basierend auf Intersils Digital-Controllern mit Charge-Mode-Regelkreis ermöglichen sie schnelle Reaktionszeiten auf Transientenereignisse (innerhalb eines Schaltzyklus) und minimieren die erforderliche Ausgangskapazität. Damit lassen sich der Platzbedarf auf dem Board und die Kosten verringern; die Zuverlässigkeit wird erhöht.

CUIs Module unterstützen auch kompensationsfreie Implementierungen. Im Gegensatz zu herkömmlichen POL-Modulen, die oft Tage und Wochen für das Testen und die Feineinstellung der Regelschleife in Anspruch nehmen, stellen sich die Module NDM3Z und NDM3ZS selbst ein. Dieses fortschrittliche Kompensationsschema spart nicht nur Kosten und Platz auf der Leiterplatte ein, indem weniger Bauteile erforderlich sind, auch die Entwicklungsdauer wird erheblich verkürzt.

* Aaron Yarnell ist Field Applications Engineering Manager bei CUI Inc.

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