Wie Digital Power die Entwicklung verteilter Stromversorgungssysteme vereinfacht

Anbieter zum Thema

TRACO ELECTRONIC GMBH

Bicker Elektronik GmbH

RECOM Power GmbH

Murata Power Solutions

Ericsson AB Ericsson Power Modules

Höherer Wirkungsgrad dank digitaler Regelung

Digitale Regelung ist vor allem für einen besseren Wirkungsgrad bei der Stromversorgung in Datennetzen von Bedeutung. Die Leistungsaufnahme der Ausrüstung steigt mit zunehmendem Datendurchsatz. Bei geringem Datenverkehr arbeitet das Netzwerk weit unter seiner Kapazität, und Stromversorgungen können weit unterhalb ihrer Maximallast betrieben werden, d.h. Prozessoren können mit niedrigeren Taktfrequenzen laufen.

Energieverschwendung bei niedriger Last

Bei niedriger Last sind Stromversorgungen sehr ineffizient, was zu einer hohen Energieverschwendung sowie viel Abwärme führt und somit unerwünschte technische, finanzielle und wirtschaftliche Folgen mit sich bringt. Mit einer digitalen Regelung, die sowohl den Intermediate-Bus als auch die POL-Wandler mit einbezieht, lässt sich die Intermediate-Bus-Spannung je nach Lastanforderung dynamisch verändern. Die Eingangsspannung zum POL-Wandler wird bei niedriger Last verringert, was die Wandlungseffizienz erhöht (Bild 3).

Einige Digital-Power-Bausteine bieten eine dynamische Spannungsskalierung (DVS), um Energie zu sparen. Ist der Bedarf an Rechenleistung niedrig, kann die Taktfrequenz des Prozessors und dessen Versorgungsspannung verringert werden. Die dynamische Spannungsskalierung wird normalerweise als offener Regelkreis mit Look-up-Tabelle implementiert, die vorbestimmte Kombinationen aus Frequenz und Versorgungsspannung enthält.

Fortschrittliche adaptive Spannungsskalierung

Fortschrittlicher als die dynamische Spannungsskalierung ist die adaptive Spannungsskalierung. Dabei kommt ein geschlossener Regelkreis mit Echtzeit-Verarbeitung zum Einsatz, der die Versorgungsspannung genau auf das erforderliche Minimum für den Prozessor regelt – abhängig von dessen Taktfrequenz und Arbeitslast. Diese Technik kompensiert automatisch auch Prozess- und Temperaturschwankungen im Prozessor.

Die meisten Schaltnetzteile verwenden eine geschlossene Regelschleife mit negativer Rückkopplung vom Ausgang zum Eingang. Ein Kompensationsnetzwerk stellt den Frequenzgang der Schleife ein, um das optimale Einschwingverhalten zu erzielen, ohne dabei die Stabilität zu beeinträchtigen. Das Design des Kompensationsnetzwerks kann eine zeitraubende Aufgabe sein und erheblichen Trial&Error-Aufwand verursachen. Selbst dann kann die Leistungsfähigkeit der Bauteile im Netzwerk abhängig von der Temperatur oder im Laufe der Zeit schwanken. Im Jahr 2010 war das US-Unternehmen CUI der erste Hersteller, der einen nicht isolierten POL-Wandler mit automatischer Kompensation auf den Markt brachte. Diese digitale Funktion macht das Problem hinfällig.

Digital-Power-Module vereinfachen oder ermöglichen viele andere Aspekte beim Stromversorgungsdesign wie aktive Stromteilung, Spannungs-Sequenzierung und Tracking, Soft-Start/Stopp sowie Synchronisation.

(ID:43161787)