POWER
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- ELETTRONICA OGGI 430 - SETTEMBRE 2013
THERMAL MANAGEMENT
L’ingombro e soprattutto la potenza nominale, special-
mente ad alta temperatura ambiente, sono dettate dalla
progettazione elettrica e meccanica del modulo. Questa
sfida progettistica riguarda la creazione del controllore,
dell’induttore e di interruttori FET che contribuiscono
all’alta efficienza e bassa perdita di potenza e all’uso di
package, efficienti da un punto di vista termico, che pos-
sono smaltire il calore. La progettazione della parte elet-
trica e meccanica è molto interdipendente in dispositivi
altamente integrati come i moduli di potenza.
Induttore: un elemento critico
La progettazione dell’induttore è una delle parti chiave
della progettazione elettromeccanica. Molte applicazioni
hanno uno spazio limitato con alta temperatura ambiente
e necessitano di un induttore molto piccolo e a perdita
bassa.
Quando vi sono limitazioni di spazio e il progettista è
costretto a usare un induttore più piccolo di quello detta-
to dalle specifiche di progetto, la corrente di uscita sarà
più limitata, si verificheranno degli affollamenti di calore/
punti caldi e/o l’efficienza sarà inferiore.
ISL8225M può risolvere queste problematiche utilizzando
una struttura dell’induttore impilabile tridimensionale.
In questo tipo di struttura si può usare un induttore di
dimensioni pari a quelle dell’intero ingombro del modulo
che viene installato sopra gli altri componenti. Questa tec-
nica raddoppia l’area disponibile in cui piazzare gli altri
componenti sul substrato; di contro, un metodo di mon-
taggio uno a fianco dell’altro va a scapito di una crescita
in altezza del pacchetto.
Una grande induttanza può ulteriormente essere usata per
ridurre la fluttuazione di corrente, e pertanto può ridurre
le perdite del nucleo induttivo. Inoltre, usando un’indut-
tanza più grande, anche le perdite del MOSFET di commu-
tazione posso essere ridotte diminuendo la frequenza di
commutazione. La struttura tridimensionale può ridurre
la perdita di potenza complessiva dell’alimentatore e rag-
giungere una soluzione di alta efficienza, alta densità di
potenza e una migliore prestazione termica. L’ISL8225M è
un dispositivo flessibile che può essere usato in modalità
di uscita duale (dual output mode) o come singola uscita
ad alta corrente (high-current single output). Nel dual-
output mode, L’ISL8255 fornisce uscite indipendenti che
possono alimentare 2 voltaggi separati senza interferenza.
L’induttore a 2 fasi del ISL8255M è un progetto brevettato
che utilizza avvolgimenti non accoppiati su un singolo
nucleo. Nel modo di uscita singolo l’innovativo induttore a
2 fasi può parzialmente cancellare il flusso magnetico dei
due avvolgimenti e pertanto ridurre la perdita induttiva
del nucleo e migliorarne l’efficienza. La figura 1 mostra
il vantaggio in termini di efficienza di questa struttura,
nei confronti di una ad avvolgimenti con nuclei separati
con lo stesso DCR. Il progetto dell’induttore dell’ISL8225
riduce sia l’ingombro sia la perdita di potenza rispetto a
un design più tradizionale. Molti modelli di potenza oggi
sul mercato utilizzano materiali come laminati isolanti per
montare i componenti del modulo. Mentre questi laminati
isolanti/fattori di forma LGA forniscono una facilità di
creazione delle tracce dei singoli componenti all’interno
del modulo, la loro abilità di dissipare il calore è limitata
dalla elevata resistività termica del laminato e dalla limi-
tata area conduttiva delle tracce di rame che vanno dai
componenti ai piedini esterni del pacchetto.
Al contrario, i moduli ad alta potenza più popolari, come
quelli offerti da Intersil, utilizzano un leadframe tipo QFN
Fig. 2 - In presenza di una corrente di carico di 26A, ISL8225Mpuò operare a una temperatura ambiente più elevata rispetto a unmodulo tradizionale
