Fortschritte in Leistungsdichte, elektromagnetischer Interferenz, Isolierung, Ruhestrom sowie Rauschfestigkeit und Präzision geben Designern die Möglichkeit, Powerkonzepte immer weiter voranzutreiben

14 Apr. 2022
 

Von Smartphones und Elektrofahrzeugen (EV) bis hin zu EV-Ladestationen und Telekommunikationszentren – Power-Management entpuppt sich immer mehr als Schlüsseltechnologie, ohne die viele der Anwendungen, wie wir sie jeden Tag verwenden, nicht möglich wären. Bis vor wenigen Jahren noch wurde hocheffizientem Power-Management gegenüber anderen Designüberlegungen wenig Bedeutung zugemessen. Aber seitdem hat sich viel verändert. In den letzten fünf bis zehn Jahren sind Anforderungen wie erhöhte Betriebsdauer im Batteriebetrieb bei gleichzeitiger Reduzierung der Größe, erhöhte Sicherheit von Systemen und der Wunsch des Kunden nach zuverlässigeren und günstigeren Systemen, die sich schneller aufladen lassen immer mehr in den Vordergrund getreten und haben den Fokus auf die Lösung von Herausforderungen im Bereich Power-Management intensiviert.

 

Entwicklungen und Neuerungen unseres Unternehmens in den Bereichen neue Prozesstechnologien, Gehäusetechnik und Stromkreisdesign-Technologien bieten Entwicklungsingenieuren das höchste Maß an Effizienz für ihr Systemdesign. Auf der Welt wird immer mehr Energie verbraucht; auch und gerade deshalb ist es so wichtig, dass wir uns alle darum bemühen, unsere Energie so effizient wie möglich zu nutzen. Jetzt haben wir die Möglichkeit: wesentliche Fortschritte in fünf Schlüsselbereichen geben unserem Unternehmen Möglichkeiten, Konzepte zur besseren Nutzung von Energie immer weiter voran zu treiben.

1. Leistungsdichte: mehr Energie auf kleinerem Raum

Elektroniksysteme sind so anspruchsvoll und komplex geworden, dass die verfügbare Energie oft nicht ausreicht, um den Bedarf des Systems abzudecken. Ziel ist es nun also, die in einem vorgegebenem Formfaktor verarbeitete Energie – oder die Leistungsdichte – zu erhöhen. Dies kann durch höhere Effizienz und höhere Schaltfrequenzen erreicht werden. Entwickler von Leistungssystemen verwenden Bausteine wie unseren TPS229922 Lastenschalter und unseren LMG3422R030 Galliumnitrid (GaN) FET mit integriertem Treiber, um hohe Leistung auf wenig Raum zu bündeln und so ihre Produkte zu differenzieren, die Effizienz zu erhöhen und die thermische Leistung zu verbessern. Im Bereich GaN-Technologie haben unsere Kunden besonderes Interesse an Anwendungen von GaN in AC/DC-Ladegeräten und Netzteilen für Server gezeigt, also Anwendungen bei denen höhere Leistungsdichte und Effizienz dem fertigen Produkt einen bedeutenden Mehrwert bringen. Darüber hinaus ist Leistungsdichte auch eine wichtige Größe in Anwendungen aller Art, wie in der Solarenergie und in Elektrofahrzeugen. Verbraucher wünschen sich Lösungen, die möglichst klein sind und dabei möglichst wenig Energie verbrauchen.

2. Niedriges EMI: Geringere Systemkosten und schnelle Einhaltung der EMI-Normen

Die Verringerung von elektromagnetischer Störung (EMI) – einem unerwünschten Nebenprodukt von Schaltstrom und -spannung – ist ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung von elektronischen Systemen, vor allem in Fahrzeug- und Industrieanwendungen. Wenn beim Design einer Anwendung auf niedrige EMI-Werte geachtet wird, können die Größe der benötigten passiven Filter, die Kosten, die Entwicklungszeit und die Komplexität des Systems verringert werden. Bausteine wie unser Sortiment an synchronen DC/DC-Abwärtscontrollern ermöglichen es Ingenieuren, ihre Stromversorgungslösungen zu miniaturisieren und elektromagnetische Störungen zu verringern. Mit den Bausteinen LM25149-Q1 und LM25149 können Ingenieure die Größe externer EMI-Filter um die Hälfte reduzieren, die leitungsgeführten EMI-Werte des Stromdesigns verringern oder eine Kombination von reduzierter Filtergröße und niedrigem EMI erreichen. Unser LMQ66430-Q1 Abwärtswandler ermöglicht das schnelle und einfache Einhalten von Industriestandards durch die Integration kritischer Bypass-Kondensatoren und eines Hochsetzkondensators. Unsere Bausteine sind benutzerfreundlich und ermöglichen es Entwicklern, ihre Designs schneller fertigzustellen – mit kleineren Filtern und unter Einhaltung der Industriestandards.

3. Niedriger Ruhestrom: Senkung des Ruhestroms zur Verlängerung der Batterielaufzeit und der Lagerhaltbarkeit ohne Beeinträchtigung der Systemleistung

In batteriebetriebenen Systemen werden Chips eingesetzt, die niedrigen Ruhestrom (niedrigen IQ), – also den Strom der fließt, wenn ein Gerät eingeschaltet, aber nicht aktiv (im Standby-Modus) ist – regeln. Je niedriger der Ruhestrom, desto höher die Leistung über einen längeren Zeitraum hinweg. Niedriger IQ ist in vielen Anwendungen wichtig: z. B. Rauchmelder, Gesundheitsmonitore und Smart-Watch. Diese Anwendungen befinden sich die meiste Zeit im Ruhemodus und werden nur dann „aufgeweckt”, wenn sie benötigt werden. Gerade aus diesem Grund istdie Optimierung von Ruhestrom-Werten in unseren Produkten von großer Wichtigkeit. Der Abwärts-/Aufwärtswandler TPS61094, zum Beispiel, erreicht den branchenweit niedrigsten Ruhestrom-Wert bei gleichzeitiger Integration von Superkondensator-Ladung. So wird die Verlängerung der Batterielebensdauer in batteriebetriebenen Industrieanwendungen, wie intelligenten Messgeräten, möglich. Fortschritte in Prozess- und Schaltungstechnik haben uns die Möglichkeit eröffnet, den Wünschen unserer Kunden nach mehr Funktionalität bei gleichzeitigem Erhalten der Batterielebensdauer nachzukommen.

4. Niedriges Rauschen und Präzision: Verbesserung der Leistungs- und Signalintegrität

Unter Rauschen versteht man eine elektronische Störgröße, die von allen Komponenten eines Systems und unterschiedlichen Quellen erzeugt wird. Unser Sortiment an Bausteinen mit geringem Rauschen ermöglicht zum einen das innere Rauschen unserer integrierten Schaltungen zu reduzieren und zum anderen das Herausfiltern von Rauschen aus vorgelagerten Quellen. Wird das Rauschen nicht gemildert, kann dadurch die Leistung von sensiblen Anwendungen, wie Medizingeräten und Kommunikationsinfrastrukturgeräten, beeinträchtigt werden. Geringes Rauschen – also die Rauschwerte niedrig zu halten – ist besonders wichtig in Stromversorgungen für Präzisionsschaltungen, wie sie in Analog-Digital-Wandlern, analogen Frontends und Taktgebern für integrierte Schaltkreise zu finden sind. Unser TPS7A94 – der Spannungsregler mit der branchenweit niedrigsten Rauschquote – bietet ein hervorragendes Versorgungsspannungs-Unterdrückungsverhältnis, denn er schafft es, Rauschen herauszufiltern, bevor es die Last erreicht.

5. Isolierung: erhöhte Sicherheit

In einer Welt in der Mensch und Roboter immer häufiger aufeinandertreffen ist gute Isolierung besonders wichtig. Isolierung – eine Barriere, die Schutz bietet und gleichzeitig den Austausch von Signalen und/oder Strom ermöglicht - ist ein kritisches Element für den sicheren Betrieb von Hochspannungssystemen. Nehmen wir zum Beispiel ein isoliertes DC/DC-Bias-Stromversorgungsmodul, wie unser UCC14240-Q1: es kann in Traktionsstromrichtern für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden, um die Gate-Treiber anzutreiben. Dabei erhält es die Isolierung zwischen dem Hochspannungsbereich und der Autokarosserie aufrecht. Isolierungstechniken unseres Unternehmens können die Systemzuverlässigkeit verbessern, Formfaktoren reduzieren und unseren Kunden die Einhaltung von EMI-Normen erleichtern.

Innovative Ansätze in der Leistungselektronik und ein klarer Fokus auf die Bedürfnisse unserer Kunden, ihre Leistung in diesen Schlüsselbereichen zu verbessern, sind die Hauptanliegen unseres Unternehmens. Verbesserungen in Prozesstechnologie, Gehäusetechnik und Schaltdesigns bieten Schaltkreisentwicklern die Ressourcen, Elektronikanwendungen noch effizienter und unsere Welt noch nachhaltiger zu machen.