Los fabricantes de equipos de comunicación requieren salidas de alta potencia y soluciones de tamaño reducido

Introducción

Muchos sistemas de comunicación se alimentan a través de una placa posterior de 48 V. Este voltaje generalmente se reduce a un voltaje de bus intermedio más bajo, generalmente 12 V, 5 V o incluso menos, para alimentar los bastidores de la placa del sistema. Sin embargo, la mayoría de los subcircuitos o circuitos integrados de estas placas deben funcionar con voltajes desde 3,x V hasta 0,5 V con corrientes desde miles de miliamperios hasta cientos de amperios. Por lo tanto, se necesitan convertidores de CC a CC de punto de carga (PoL) para pasar de estos voltajes de bus más altos al voltaje más bajo requerido por los subcircuitos o circuitos integrados. Como si eso no fuera lo suficientemente difícil por sí solo, estos rieles tienen estrictos requisitos de secuenciación, precisión de voltaje, margen y supervisión que también deben tenerse en cuenta.

Dado que los equipos de comunicaciones pueden contener cientos de rieles de voltaje de sondeo, los arquitectos de sistemas necesitan una manera fácil de administrar estos rieles para su voltaje de salida, secuencia y corriente máxima permitida. Muchos de los procesadores digitales IC submicrónicos profundos de la actualidad requieren que su voltaje de E/S aumente antes que su voltaje base. Alternativamente, muchos DSP requieren que su voltaje base se eleve antes de su E/S. Además, también se requiere una secuencia de apagado. Como resultado, los arquitectos de sistemas necesitan una forma fácil de realizar cambios para optimizar el rendimiento del sistema y almacenar una configuración específica para cada convertidor DC-DC para simplificar el esfuerzo de diseño.

Además, la mayoría de los fabricantes de equipos de comunicación se ven obligados a aumentar el rendimiento de datos y el rendimiento de sus sistemas, así como a agregar más características y funcionalidades. Al mismo tiempo, se aplica presión para reducir el consumo total de energía del sistema. Por ejemplo, un desafío común es reducir el consumo general de energía reprogramando el flujo de trabajo y moviendo trabajos a servidores infrautilizados, lo que permite que otros servidores se apaguen. Para cumplir con estos requisitos, es fundamental conocer el consumo de energía del equipo del usuario final. Por lo tanto, un sistema de administración de energía digital (DPSM) diseñado correctamente puede proporcionar al usuario datos de consumo de energía, lo que permite tomar decisiones inteligentes de administración de energía.

Uno de los principales beneficios de DPSM es el costo de diseño reducido y el tiempo de comercialización más rápido. Los complejos sistemas de rieles múltiples se pueden desarrollar de manera eficiente utilizando un entorno de desarrollo integral con una interfaz gráfica de usuario (GUI) intuitiva. Dichos sistemas también simplifican las pruebas en circuito (ICT) y la depuración de la placa al permitir cambios a través de la GUI en lugar de soldar parches de cables en blanco. Otra ventaja es la capacidad de predecir fallas en el sistema eléctrico y habilitar medidas preventivas, gracias a la disponibilidad de datos de telemetría en tiempo real. Quizás lo más importante es que los convertidores CC-CC con funcionalidad de gestión digital permiten a los diseñadores desarrollar sistemas de energía ecológicos que cumplen con el rendimiento objetivo (velocidad de cómputo, velocidad de datos, etc.) con un consumo mínimo de energía en el punto de carga, tablero, bastidor e incluso. a nivel de instalación, reduciendo los costos de infraestructura y el costo total de propiedad durante la vida útil del producto. Después de todo, el costo más importante de operar un centro de datos es el costo de la electricidad utilizada para alimentar los sistemas de enfriamiento para mantener el interior del centro de datos por debajo de su temperatura operativa óptima predeterminada.

Además, los arquitectos de sistemas aún necesitan convertidores de potencia relativamente simples para satisfacer los otros rieles de alimentación en sus placas, pero tienen un área de placa cada vez más pequeña para colocarlos. Esto se debe, en parte, a la imposibilidad de montar estos convertidores en la parte inferior de sus placas de circuito impreso debido a la restricción máxima de componentes de 2 mm que les imponen las múltiples placas montadas lateralmente en la configuración de montaje en rack. . . Lo que realmente quieren es una fuente de alimentación completa en un factor de forma pequeño de no más de 2 mm cuando se monta en una placa de circuito impreso (PCB). Afortunadamente, tales soluciones existen y se describirán con más detalle aquí.

Soluciones de conversión

Dispositivos analógicos con alimentación lineal^™ µMódulo^® Los controladores son soluciones completas de sistema en paquete (SiP) que minimizan el tiempo de diseño y resuelven los problemas comunes de densidad de energía y espacio de placa que se encuentran comúnmente en los sistemas de comunicaciones. Estos productos µModule son soluciones completas de administración de energía con un controlador de CC a CC integrado, transistores de potencia, capacitores de entrada y salida, componentes de compensación e inductores en paquetes BGA o LGA compactos de montaje en superficie. Diseñar con productos Power by Linear µModular puede reducir el tiempo que toma completar el proceso de diseño hasta en un 50%, dependiendo de la complejidad del diseño. Esta familia de controladores µModule traslada la carga de diseño de la selección, optimización y diseño de componentes del diseñador al dispositivo, lo que reduce el tiempo total de diseño y la resolución de problemas del sistema, al tiempo que mejora la comerciabilidad.

Estas soluciones de µModule integran componentes centrales comúnmente utilizados en potencia discreta, cadena de señal y diseños discretos en un factor de forma compacto tipo IC. Respaldado por las pruebas rigurosas y los procesos de alta confiabilidad de Power by Linear, nuestra cartera de productos µModule simplifica el diseño y la disposición de los diseños de conversión y administración de energía. La familia de productos incluye una amplia gama de aplicaciones que incluyen controladores de carga puntual, cargadores de batería, productos DPSM (fuentes de alimentación gestionadas digitalmente PMBus), convertidores remotos, cargadores de batería y controladores LED. Como soluciones altamente integradas con archivos Gerber PCB disponibles para todos los dispositivos, estos controladores de potencia µModule cumplen con las limitaciones de tiempo y espacio al tiempo que brindan una alta eficiencia y confiabilidad. Además, muchos de nuestros nuevos productos permiten soluciones de baja EMI que cumplen con los estándares EN 55022 Clase B. Los requisitos de inmunidad al ruido que debe cumplir el sistema final.

Además, dado que los recursos de diseño se ven afectados por la mayor complejidad del sistema y los ciclos de diseño más cortos, la atención se centra en el desarrollo de la propiedad intelectual clave del sistema. Esto a menudo significa que los alimentos se reservan hasta el final del ciclo de desarrollo. Con tiempo limitado y recursos de diseño de fuente de alimentación posiblemente limitados, existe una enorme presión para encontrar una solución de alta eficiencia con el menor espacio posible, al mismo tiempo que se utiliza la parte inferior de la placa de circuito impreso para aprovechar al máximo el espacio.

Esta es un área clave en la que un controlador µModule puede proporcionar una solución ideal. El concepto es complejo por dentro, pero simple por fuera: la eficiencia de un controlador de conmutación y la simplicidad de diseño de un controlador lineal. El diseño cuidadoso, el diseño de PCB y la selección de componentes son muy importantes en el diseño del controlador de conmutación, y muchos diseñadores han experimentado el aroma distintivo de PCB al principio de sus carreras. Cuando el tiempo es escaso o la experiencia en diseño de energía es limitada, el controlador de módulo µModule listo para usar no solo ahorra tiempo y espacio, sino que también reduce el riesgo del programa.

Un ejemplo reciente es la solución µModule ultradelgada LTM4622. Es un controlador de potencia reductor de salida dual de 2,5 A o monofásico de 5 A en un paquete LGA ultradelgado de 6,25 mm × 6,25 mm × 1,8 mm. Con casi la altura de un capacitor soldado 1206 del tamaño de una caja, su altura ultradelgada permite el montaje en la parte superior de la placa. El perfil delgado le permite cumplir con las exigentes restricciones de altura, como las requeridas por PCIe y tarjetas intermedias avanzadas en sistemas informáticos integrados, como se muestra en la Figura 1.

Además, recientemente se lanzó el LTM4622A. Una versión del LTM4622, esta versión A tiene un voltaje de salida más alto de 1,5 V a 12 V, en lugar de la versión no A de 0,6 V a 5,5 V. Esto permite que el diseñador del sistema tenga un rango de voltaje de salida más amplio en la parte alta. final si el sistema final lo requiere. En ambos casos, el rango de tensión de entrada es de 3,6 V a 20 V. Los controladores µModule DC-to-DC de Power by Linear también ofrecen una forma sencilla de proporcionar alta potencia y capacidad DPSM. Dado que muchos controladores µModule se pueden conectar en paralelo para corriente de carga alta con coincidencia de corriente de precisión (dentro del 1 % nominal entre sí), pueden mitigar la posibilidad de puntos calientes. Además, solo uno de los controladores µModule debe tener la capacidad DPSM, ya que puede proporcionar la interfaz digital completa incluso si el resto de los dispositivos µModule paralelos no tienen la capacidad DPSM incorporada.

Con los dispositivos DPSM, un diseñador de sistemas puede hacer muchas cosas diferentes, entre ellas:

• Configure voltajes, defina configuraciones complejas de secuencia de encendido/apagado, establezca condiciones de falla como límites de OV y UV, y establezca parámetros de energía importantes como frecuencia de conmutación, límite de corriente y más. en un bus de comunicación digital.
• En el mismo bus de comunicación, es posible leer parámetros operativos importantes, como voltaje de entrada y voltaje de salida, corriente de entrada y salida, potencia de entrada y salida y temperatura interna y externa, así como, en algunos de nuestros productos, la energía es medido. .
• Las personas pueden aplicar pruebas de margen de bucle cerrado muy precisas a sus diseños, así como suministrar voltajes a niveles muy precisos.
• Estos dispositivos están diseñados para ser autónomos. Una vez configurados y aplicados, secuencian los suministros, controlan voltajes muy precisos en el punto de carga, monitorean continuamente el voltaje y la corriente mientras implementan el esquema de administración de registro de fallas configurable y el brazo registrador de fallas no volátil que almacena el sistema de energía. información cuando se detectó una falla.
• Los dispositivos DPSM se pueden conectar en cascada para construir grandes sistemas de energía consistentes. Esto se logra con un bus de coordinación entre chips que opera a velocidades de cable.
• Incluyen NVM interno para configuración de dispositivos y capacidad de registro de fallas.
• soy²puertos de comunicación C/PMBus y utiliza un conjunto de comandos PMBus estándar para controlar y administrar el sistema de energía.
• Todos estos dispositivos PSM son compatibles con un LTpowerPlay común^® interfaz gráfica LTpowerPlay es una GUI de grado de ingeniería desarrollada teniendo en cuenta el diseño y la depuración del sistema de energía, así como la asistencia remota al cliente.

En consecuencia, la Figura 2 muestra un diagrama de aplicación de un LTM4677 (controlador de módulo de 36 DPSM y 36 A) en paralelo con tres controladores LTM4650 (módulo de controlador de 50 A) para una solución PoL de 180 A más DPSM.

Conclusión

La capacidad de DPSM y los dispositivos de conversión de energía de perfil ultradelgado en los equipos de comunicación actuales brindan al diseñador de fuentes de alimentación formas simples y poderosas de entregar salidas de alta potencia a un voltaje de núcleo tan bajo como 0.5V con un error de salida de CC máximo de ±0.5% sobre temperatura, como las requeridas por los últimos ASIC, GPU y FPGA sub-20nm. Cuando el perfil está restringido, el uso de un controlador μModule de perfil ultrafino, como el LTM4622A, con un perfil de menos de 2 mm cuando se monta en la placa, puede utilizar el espacio de la placa en la parte inferior, que de otro modo quedaría infrautilizado. Esto no solo ahorra costosos espacios de PCB, sino que también reduce la cantidad de enfriamiento requerido debido a su eficiencia operativa general.

Finalmente, el uso de controladores de módulos en equipos de comunicación tiene sentido porque pueden reducir significativamente el tiempo de depuración y aprovechar más el espacio del programa. Esto reduce los costos de infraestructura, así como el costo total de propiedad durante la vida útil del sistema. Es beneficioso para las empresas que diseñan y construyen este equipo y para las empresas que lo utilizan una vez instalado en sus centros de datos.