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- ELETTRONICA OGGI 430 - SETTEMBRE 2013
POWER
THERMAL MANAGEMENT
dove i dispositivi di potenza possono essere montati diret-
tamente a un leadframe di rame, e offrono sia una bassa
resistività termica sia un’ampia area conduttiva, che per-
mette un’efficiente trasferimento del calore. La differenza
in queste tecnologie d’impaccamento è ovvia quando
si confronta l’elevata degradazione della temperatura
ambiente dei dispositivi prodotti con i differenti metodi
costruttivi.
La migliorata efficienza termica intrinseca ai pacchet-
ti che usano il leadframe di rame, consente a questi
dispositivi di operare allo stesso livello di potenza di
uscita ma a una temperatura ambiente molto più alta,
senza degradare le prestazioni nei confronti di simili
moduli basati sui laminati.
La flessibilità nel trovare soluzioni dove richiesto o dove
lo spazio è disponibile, invece di dove il flusso d’aria è
disponibile, è consentita dalla mancanza del fabbisogno di
radiatori di calore/flussi d’aria. Al contrario, l’utilizzabilità
di un flusso d’aria consente a questi moduli di operare
a una temperatura d’ambiente più alta o a una massima
potenza operativa più alta.
Un altro beneficio del leadframe tipo QFN nei confronti del
fattore di forma LGA e ingombro, è che tutti i terminali dei
segnali escono dai bordi del pacchetto, al contrario delle
strutture “nascoste” sotto il dispositivo tipico dei fattori di
forma LGA. Ci sono due vantaggi principali dell’accesso
ai conduttori al bordo del package: il primo è che per-
mette un’ispezione visuale di tutte le giunture saldate, e
pertanto elimina la necessità di un’ispezione ai raggi X
delle connessioni, e il secondo è che fornisce un accesso
delle sonde da test per un’analisi del sistema iniziale e
debug della scheda. I moduli incapsulati sono meccani-
camente molto più robusti, dal punto di vista meccanico,
nei confronti dei moduli a telaio aperto e possono essere
manipolati con una strumentazione di selezione e posa
automatica (“pick & place”). Spesso questo elimina un
passo di piazzamento manuale, necessario con moduli a
struttura aperta con fori che vanno da una parte all’altra
della scheda (“through hole”).
La flessibilità di usare soluzioni di potenza simile, senza
dover ricorrere a un significativo cambiamento progettua-
le, può ridurre significativamente le tempistiche di svilup-
po di un progetto di un ingegnere dei sistemi. Utilizzando
moduli multipli a cascata si può fornire una potenza più
elevata, ma questo comporta una complicazione significa-
tiva del progetto? I controllori di ultima generazione utiliz-
zati nell’ISL8225M consentono il collegamento a cascata
fino a 6 moduli, per un totale di 180A di uscita, con
un minimo di cambiamenti progettuali del sistema.
La sincronizzazione dei clock fra i dispositivi è
implementata automaticamente collegando il clock
di uscita (CLKOUT) del dispositivo master ai pin di
sincronizzazione dei dispositivi slave.
Il controllore integrato si occupa della sincroniz-
zazione del clock e cambia/modifica automatica-
mente la relazione di fase fra uscite, per produrre
un’operazione interleaving (letteralmente: interfo-
gliamento) multi-fase completo. Con due fasi per
modulo la mutazione dell’auto-fase può supportare
fino a 12 fasi (6 moduli) con un offset totale di 30
gradi e questo riduce significativamente la flut-
tuazione all’uscita e i carichi di potenza istantanei
sull’alimentazione di entrata.
Il collegamento dei piedini che condividono la
corrente (ISHARE) di ognuno dei moduli consente
inoltre la condivisione automatica della corrente
attraverso un algoritmo patentato, che consente di
avere tutte le correnti di uscita dei moduli a casca-
ta a un +/- 10% l’uno dall’altro, minimizzando così
i picchi transitori durante transizioni di carico e massimiz-
zando l’uniformità termica dell’intera scheda. Il risultato
di questo bilancio può essere mostrato in figura 3 su una
scheda di valutazione a 3 moduli, che pilota un carico di
100A con i moduli che operano a 3 gradi l’uno dall’altro.
La dissipazione uniforme del calore e il minimo numero di
componenti esterni consente di piazzare i moduli in relati-
va prossimità l’uno dall’altro.
Tutto questo è ottenuto senza l’utilizzo di circuiteria
aggiuntiva per il controllo della condivisione della corren-
te, la sincronizzazione del clock o la mutazione della fase.
Fig. 3 - Scheda di valutazione a tre moduli: la dissipazione uniforme del calore e
il minimo numero di componenti esterni consente di piazzare i moduli in relativa
prossimità l’uno dall’altro
