Innovationen bei der Integration

Als Letztes sehen wir uns die Integration als wichtigen Faktor zur Verbesserung der Leistungsdichte an Die kostengünstige Integration reduziert Parasitäreffekte, die Materialliste wird kürzer, sie ermöglicht höhere Effizienz und spart Platz. Integration wird auf verschiedene Aspekte des Power-Managements angewendet. Durch gute Integration können mehr elektrische Schaltungen in einen IC eingebaut, mehr Komponenten in einem Gehäuse untergebracht oder andere Elemente mithilfe von mechanischen oder physischen Mittel einer Lösung zur Verbesserung der Leistungsdichte hinzugefügt werden. Einige Paradebeispiele in diesem Bereich sind Treiber mit integrierten GaN-FETs, Kondensator-Integration zur Reduzierung von Schleifeninduktivität und dreidimensionales Stacking von passiven Komponenten.

Die Verwendung von Gate-Treibern mit Schaltleistungs-FETs bietet viele Vorteile. Die Induktivität der Gate-Treiber-Schleife verringert sich, was höhere Schaltgeschwindigkeiten, einen stabileren Betrieb und weniger Bauteile ermöglicht. Vor allem GaN-FETs profitieren von dieser Integration. In Geräten wie dem LMG3522R030-Q1 sind zusätzliche Funktionen wie Überstromschutz, Übertemperaturschutz und Überwachung (siehe Abbildung 22) enthalten. Diese Integration vereinfacht die Power-Management-Lösung erheblich und ermöglicht es Designern, GaN-Technologie optimal zu nutzen.

Abbildung 22 Treiber-, Schutz- und Überwachungsfunktionen integriert in einem GaN-Schalter am LMG3522R030-Q1.

Eine weitere Möglichkeit der Integration besteht darin, auch passive Komponenten im IC-Gehäuse zu integrieren. In Abbildung 23 ist die Integration von hochfrequenten Entkopplungskondensatoren, eine der im LMQ61460-Q1 verwendeten Techniken, dargestellt. Die Integration der Kondensatoren kann die Effizienz verbessern, indem die parasitäre Induktivität der kritischen Schleifen verringert und das EMI-Verhalten reduziert wird. Diese Stromversorgungslösung kann auch die Schaltzeiten erhöhen, ohne die Stabilität des Systems zu beeinträchtigen oder thermische Grenzwerte zu überschreiten, was zu höheren Schaltfrequenzen und kleineren Lösungen bei geringerer EMV-Filterung führt. Dank der Integration von Magnetkomponenten kann der UCC14240 eine isolierte Bias-Stromversorgung ohne externen Transformator bereitstellen. Dieser Ansatz reduziert Größe, Komplexität und EMI.

Abbildung 23 Röntgenfoto des LMQ61460-Q1, die integrierten Bypass-Kondensatoren sind hervorgehoben.

Ein letztes Beispiel für gute Integration ist die dreidimensionale Stapelung von Bauteilen, die häufig in Stromversorgungsmodulen mit integrierten passiven Bauteilen auftritt. In Abbildung 24 wird die Komponente TPS82671 als Beispiel verwendet. Dieser Baustein bettet den Stromversorgungs-IC in ein Laminatsubstrat ein und weist einen Induktor sowie Ein- und Ausgangs-Kondensatoren auf der Oberseite auf. Diese unglaublich kleine Lösung benötigt keine zusätzlichen Komponenten. Wir sehen hier, wie ein einfaches Integrationskonzept erstaunliche Ergebnisse erzielen, Platz auf der Leiterplatte sparen und die Stromversorgungslösung vereinfachen kann.

Abbildung 24 Winziges Stromversorgungsmodul mit integriertem Stromversorgungs-IC, Induktor und Kondensatoren.