Vereinfachung von Power-Architekturen mit integrierten Modulen und validierten diskreten Komponenten

Entwicklungsteams stehen häufig vor verkürzten Entwicklungszeitplänen, die wenig Raum für einen grundlegenden Schaltungsaufbau lassen. Mit RECOMs modularen integrierten Leistungswandlerlösungen, die den Schaltregler, den Transformator und die passiven Bauteile in einem einzigen Gehäuse vormoniert enthalten, können Ingenieure die komplexe Aufgabe der Auslegung von Leistungsstufen umgehen. Mit diesen vorgefertigten Modulen können Entwicklungsteams die Time-to-Market verkürzen und gleichzeitig die Stückliste (BOM) auf eine einzige Position reduzieren, die vorgetestet und vorzertifiziert ist. Diese Konsolidierung beseitigt letztlich den logistischen Aufwand der Verwaltung Dutzender einzelner Komponentenlieferanten für eine einzige Stromschiene.

Wenn die Anforderungen im Laufe des Fertigungsprozesses spezialisierter oder kostensensitiver werden, können Ingenieure zu diskreten Architekturen wechseln, die dieselbe Kerntechnologie wie die Module verwenden. Die Wahl des Integrationsgrades richtet sich nach den jeweiligen Applikationsanforderungen. In jedem Fall bietet RECOM einen skalierbaren Weg, bei dem das zugrunde liegende Power-Know-how über alle Formfaktoren hinweg konstant ist.

In diesem Zusammenhang profitiert das Einkaufsteam von einer Single-Vendor-Beziehung, die sowohl Prototyping-Module als auch ICs in Serienfertigung abdeckt. Dieser umfassende Ansatz bedeutet, dass das in der Modulphase gewonnene Design-Wissen direkt in eine diskrete Implementierung übergeht und Designern die Gewissheit gibt, dass das elektrische Verhalten des Systems beim Übergang vorhersehbar ist. Auf diese Weise hilft RECOM. Produktentwicklern, die mit diskreten Designs verbundenen geringeren Kosten zu erzielen, ohne die durch Module erreichte Leistung zu beeinträchtigen.

Jede Komponente im RECOM-Ökosystem hält strenge Zuverlässigkeitsstandards ein, unabhängig vom Formfaktor. RECOM bietet beispielsweise dieselben Hochleistungs-Topologien – wie isolierte oder nicht-isolierte Architekturen – sowohl in modularen als auch in diskreten Formaten an. Dank der architektonischen Kontinuität zwischen modularen und diskreten Designs wissen Ingenieure, dass sich ihre Leistungsstufe vorhersehbar verhält, auch wenn sie das Leiterplatten-Layout ändern müssen.

Als Teil davon minimiert RECOM die typischen Risiken des diskreten Designs durch die Bereitstellung vorab validierter IC-Sets und passender Transformatoren. Diese wurden speziell für den gemeinsamen Betrieb entwickelt, wodurch das Risiko eliminiert wird, das typischerweise mit der Beschaffung unterschiedlicher Teile von verschiedenen Lieferanten einhergeht. Validierte Komponentensätze liefern damit die Sicherheit auf Modulniveau und bieten gleichzeitig die Layout-Flexibilität einzelner Komponenten – Designern ermöglicht dies, Komponenten auf ihrer Leiterplatte zu verteilen, ohne die Validierungsstandards zu beeinträchtigen, die sie von einem fertigen Modul erwarten.

Ähnlich können Ingenieure RECOMs technisches Know-how und Support nutzen, um den mühsamen Trial-and-Error-Prozess zu überspringen, der oft beim Abgleich von Drittanbieter-Komponenten für eine kundenspezifische Stromversorgung erforderlich ist. Da RECOM die Kernkomponenten bereits als Paar designed hat, müssen sich Produktdesigner keine Sorgen über versteckte parasitäre Effekte machen, die EMV-Tests gefährden könnten.

Darüber hinaus bietet RECOM konsistente Unterstützung für verschiedene Isolationsstufen in seinem Portfolio, einschließlich funktionaler, einfacher und verstärkter Isolierung. Mit der Garantie einer konsistenten Isolationsleistung über alle Formfaktoren hinweg können Ingenieure den effizientesten Formfaktor für ihre mechanischen Anforderungen wählen, ohne sich um die Isolationsleistung sorgen zu müssen. Da RECOM ihnen die Hauptarbeit abnimmt, können sich Entwickler stattdessen auf wichtigere Systemverbesserungen und Design-Überlegungen konzentrieren.

For reliable, long-term operation, RECOM prioritizes system robustness by integrating over-current and over-temperature shutdowns across its entire driver portfolio, regardless of the package type. For applications with lower power requirements ranging from 1 to 2W, the RVP001, RVP003(S), and RVP005 provide sophisticated full-bridge solutions with input voltages up to 30VDC. A full-bridge topology uses four switches to alternate the polarity of the voltage across the transformer, enabling efficient power transfer in extremely small footprints, such as the 2mm x 2mm x 0.75mm DFN package.

As in the push-pull topology, full-bridge switches also require a dead-time between switching cycles, but for a different reason: to ensure that both totem-pole transistors cannot be active at the same time (a phenomenon called “shoot-through”). Again, RECOM’s unique adaptive dead-time switching ensures reliable switching under all operating conditions, as shown in Figure 2. And, to address more demanding power requirements, RECOM offers the RVPW series, which supports wide-input flyback architectures capable of supplying up to 30W of regulated power.

Ergänzt werden diese Treiber durch die intelligenten Gleichrichter der Serien RVS und RVSY, die hochentwickelte Lösungen bieten, mit denen sich der Wirkungsgrad von Standarddioden steigern lässt. Während traditionelle Designs auf passive Dioden setzen, die unter einem festen Vorwärtsspannungsabfall leiden, nutzen diese intelligenten Gleichrichter aktives MOSFET-Schalten. Dieser aktive Ansatz reduziert sowohl Spannungsabfälle als auch Leistungsverluste drastisch um den Faktor 40.

Ein Highlight dieser Serie ist der RVSY018, ein selbstversorgter synchroner Gleichrichter-Controller, der seine Betriebsenergie aus einer einzigen Schiene im Schaltkreis bezieht und damit den Bedarf an zusätzlichen Biasversorgungen eliminiert sowie den Betrieb über einen weiten Bereich von Ausgangsspannungen und -strömen ermöglicht. Der Power-IC kombiniert ausgefeilte Blanking- und Schwellenwertprogrammierung mit ultra-schnellen Einschaltzeiten von 10ns für sicheres Schalten mit CCM-, DCM- oder Flyback-Wellenformen. Durch die Reduzierung der Peripherieschaltung vereinfacht dieser Synchrongleichrichter-Controller die BOM und ermöglicht es Designern, schlankere, kostengünstigere Layouts zu verfolgen. Letztendlich ermöglicht die Kombination dieser intelligenten Lösungen mit aktiver Gleichrichtung Ingenieuren, den Spitzenwirkungsgrad in der gesamten Energiewandlungskette aufrechtzuerhalten.

Wenn Teams einen Leistungswandler entwerfen – insbesondere ohne ein vollständig integriertes Modul – haben sie oft Schwierigkeiten, den besten Transformator für ihren Anwendungsfall zu finden. RECOM hat sein umfassendes Transformator-Portfolio als das fehlende Bindeglied für Ingenieure entwickelt, die zu kundenspezifischen Leiterplatten wechseln, und stellt die richtigen Magnetics für diskrete Siliziumlösungen bereit.

RECOMs breites Angebot an Standard-SMD-Transformatoren ist beispielsweise mit verschiedenen Windungsverhältnissen und Isolationsbewertungen erhältlich, die auf RVP-Treiber abgestimmt sind. Diese handelsüblichen Magnetics helfen Designern, schnell eine Leistungsstufe zu implementieren, die den Wirkungsgrad von RECOMs bewährten Modulen widerspiegelt. Um Schaltungsdesigner zu unterstützen, bietet RECOM auch eine Reihe von Discrete Solution (DS)-Boards an, die die gängigsten Eingangs-, Ausgangs- und Isolationsspannungen abdecken und auf einer kleinen Leiterplatte für sofortiges Testen und Evaluieren vorbestückt sind. Diese DS-Boards sind ab Lager verfügbar.

Im breiten Feld der Industrieelektronik ist jedoch ein Einheitsansatz nicht immer möglich. Wenn handelsübliche DS-Optionen den Anforderungen des Kunden nicht entsprechen, stellt RECOM ein Evaluierungsboard aus dem Standard-Treiber-, Transformator- und Sekundär-IC-Portfolio zusammen und liefert innerhalb von 20 Arbeitstagen einen funktionsfähigen Prototypen. Vollständig kundenspezifische Lösungen, bei denen Ingenieure genaue Anforderungen spezifizieren – wie nicht-standardmäßige Eingangs- oder Ausgangsspannungen oder erweiterte Luft- und Kriechstrecken, die in ihren Designs benötigt werden, um speziellen Sicherheitsnormen zu entsprechen – können ebenfalls schnell geliefert werden, wobei die benötigte Zeit von der Komplexität der geforderten Lösung abhängt. Für diesen Service wird eine MOQ von 50.000 Stück oder 50.000 USD (je nachdem, was niedriger ist) benötigt.

Die Flexibilität dieses Programms gilt auch für die interne Architektur der Magnetkomponente selbst. Teams können mehrere Wicklungen oder nicht-angezapfte Konfigurationen spezifizieren, um komplexe Ausgangsspannungsschienen zu unterstützen, sodass ein einziger diskreter Treiber mehrere isolierte Abschnitte eines Systems gleichzeitig versorgen kann. Da so viel angepasst werden kann, können Designer die Stromversorgung rund um die Applikation gestalten, anstatt die Applikation auf das Stromversorgungsdesign zu beschränken.

Schließlich ist das tiefe Magnetics-Design-Know-how, das in RECOMs erstklassigen Modulen verwendet wird, für Kunden, die diese diskreten Sets nutzen, direkt verfügbar. RECOMs Ingenieure haben bereits die harte Arbeit geleistet, alle Wechselwirkungen zwischen dem Silizium und dem Ferritkern zu validieren. All diese Initiativen von RECOM machen die diskrete Leistungsstufe genauso robust wie ihr modulares Gegenstück.

Beim Entwurf einer Leistungswandlerstufe müssen Teams den Umwandlungswirkungsgrad gegen die elektrische Belastung der Bauteile abwägen. Die Wahl zwischen Push-Pull- und Full-Bridge-Topologien hängt oft vom spezifischen Spannungs-zu-Strom-Verhältnis des Systems und der gewünschten Komplexität der Magnetkomponenten ab. Jede Wahl bietet Vorteile, die Ingenieuren helfen, die Leistungsstufe entweder für Niederspannungs-Hochstromdurchsatz oder höhere Spannungsschienenstabilität zu optimieren. Durch die frühe Wahl des richtigen Weges in der Designphase können Designer kostspielige Layout-Überarbeitungen zu einem späteren Zeitpunkt vermeiden.

Push-Pull-Treiber wie der ...