L’alimentatore lo voglio piccolo, compatto, ad alte prestazioni ed efficiente!

Da sempre i progettisti sono alla ricerca di alimentatori sempre più compatti, di alta prestazione ed efficienza.
Ma quanto è grande? Che efficienza ha? Quale è il rendimento? Esiste una versione medicale?
A tutte queste domande EOSPower fornisce la risposte e soluzioni ai quesiti.
Uno dei primi fattori nel “pensare” di progettare un alimentatore e individuare le dimensione e la disposizione dei componenti nello sviluppo dei circuito stampato.

LAYOUT

I layout estremamente compatti degli alimentatori portano a comportamenti individuali molto diversi, motivo per cui è essenziale creare   una rapporto diretto tra il progettista e chi dovrà sviluppare l’ingegnerizzazione del prodotto.

Il mercato richiede dispositivi elettronici sempre più piccoli e leggeri, di conseguenza   i progettisti   di “power supply open frame” sono tenuti a ridurre i loro componenti nello sviluppo del prodotto. L’efficienza energetica e la densità di potenza dell’alimentatore devono aumentare allo stesso modo in cui i componenti devono ridursi. Ciò richiede layout intelligenti e gestione della temperatura ragionata – sia nella gamma industriale che secondo gli ultimi standard medicali (IEC60601-1)

Spesso gli alimentatori della stessa serie, ma con diverse classi di potenza, possono differire notevolmente nelle loro prestazioni in termini di “derating” di potenza di fronte ad un’ampia gamma di condizioni ambientali. Se si analizzano gli alimentatori AC / DC “ultra-small” ed estremamente efficienti da 40 a 550 Watt concepiti da EOS, la determinazione delle fasi di dissipazione dei componenti sono basilari durante lo “sbroglio” del layout del pcb oltre alla definizione dei semiconduttori, materiali magnetici e condensatori.

MOSFET

I criteri per determinare i MOSFET idonei per l’alimentatore devono tener conto anche della posizione dove deve essere montato il componente. Un MOSFET   nel posto sbagliato e quindi una cattiva dissipazione possono far perdere   l’obiettivo primario, cioè la miniaturizzazione del convertitore AC / DC. I MOSFET trench ottengono risultati termici molto migliori rispetto ai MOSFET planari classici. I MOSFET SuperJunction portano ad una densità di potenza molto più alta e ad un design complessivo più compatto degli alimentatori switching. A differenza del silicio, i nuovi materiali come il nitruro di gallio (GaN) e il carburo di silicio (SiC) hanno perdite di commutazione molto basse e molto indipendenti dalla temperatura. In aggiunta a questo, intervalli di banda più lunghi li rendono la prima scelta in caso di temperature più elevate e requisiti più elevati in termini di compatibilità elettromagnetica.

Allo stesso tempo, anche i MOSFET sono diventati più piccoli. Questo è probabilmente più evidente nel confronto tra NXP DEPAK con 100A, con ancora 70 mm² di superficie e NXP LFPAK56 con 31 mm² di superficie. Questa miniaturizzazione è, ovviamente meravigliosa, ma arriva con la sfida di dover trasportare il calore lontano da una superficie che è la metà delle dimensioni.

Altri fattori

Alla fine c’è una vasta gamma di fattori che massimizzano la densità di potenza nei regolatori di commutazione e rendono possibile costruire moduli particolarmente compatti. Questi includono:

• utilizzo di diodi di commutazione “ultra-low-drop” con caduta di tensione estremamente bassa (ad esempio diodi SiC)
• Design ottimale dei magnetici con basse perdite di rame e di nucleo
• Condensatori elettrolitici a bassa ESR per ingresso e uscita
• Uso di diodi raddrizzatori per uniformare l’uscita
• aumento della frequenza di commutazione per poter utilizzare induttori più piccoli e condensatori elettrolitici in uscita.

– scelta del MOSFET con resistenza Rds bassa (on) – come QFN, OpitMOS o LFPAK

Le topologie circuitale e l’esperienza EOS Power

A fronte delle soluzioni con i flyback per le piccole potenze, oltre i 200W  la tipologia flyback ha evidenziato riscontri  negativi da parte del team EOS Power, infatti i flyback  soffrono frequentemente di picchi di tensione nella parte primaria  che, nel peggiore dei casi, possono aumentare lo stress e quindi l’usura degli altri componenti. In ragione di ciò nelle classi di potenza 225W e 350W sono risultati vincenti le topologia    LLC RESONANT, HALF BRIDGE e FULL BRIDGE. EOS Power si distingue nel mercato del “power supply”  per  prodotti “Ultra Low Profile” – cioè alimentatori AC/DC molto  sottili.  La serie ULP (Ultra Low Profile); di alimentatori AC/DC  ad alta efficienza, alta densità. Le serie ULP 180 e 250 Watt Series hanno densità di potenza che raggiungono 30 watt per pollice cubico con profili di altezza di 0,75 pollici (19,05 mm).

Ultimo ma non meno importante, i modelli WLC con le opzioni di “raffreddamento” particolarmente flessibili, possono essere montati sia orizzontalmente che verticalmente, hanno Potenza nominale  massima di 550 W. Nello standard di 3”x5”  pollici ( doppio PCB)   ha  un’altezza di soli 1,5 pollici.

La scelta di EOS Power da parte di Consystem rafforza la già avviata  proposta  di soluzioni di alimentatori AC/DC e convertitori DC/DC per il mercato italiano. Consystem si distingue rispetto ad altri distributori per non cercare di vendere semplicemente un prodotto, ma di capire l’esigenza e la richiesta del cliente offrendo delle soluzioni condivise.

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Tratto da Selezione di Elettronica Maggio 2018