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POWER POINT OF LOAD SUPPLY 36 - ELETTRONICA OGGI 485 - APRILE 2020 fori passanti e non rispettano i requisiti dei moderni progetti a basso profilo. Oltre a questi sono disponibili alcuni prodotti ibridi che comprendono solo i compo- nenti di alimentazione del PoL, permettendo all’utente di posizionare il controller sulla scheda madre, magari sul lato posteriore, per risparmiare ulteriormente spa- zio. La figura 3 mostra i componenti richiesti in una tipica implementazione discreta di una funzione PoL. Il tutto occupa circa 50 mm 2 per una corrente nominale di 6A. I condensatori di filtraggio di grandi dimensioni d’ingresso e uscita non sono inclusi mentre gli switch MOSFET sono direttamente integrati nel controller. Implementazione di un convertitore PoL: la nuova generazione di chip embedded Poiché le motherboard tradizionali si sono ridimensio- nate assumendo la forma di piattaforme con dimensio- ni molto ridotte (per esempio schede PCIe, CoM, SSD, Edge e di elaborazione AI) il mercato richiede soluzio- ni ancora più compatte per i circuiti di potenza. Sulle schede PCIe e CoM, ad esempio, la sezione di potenza può occupare fino al 20% dello spazio disponibile. Anziché cercare di assemblare i componenti discreti esistenti in modo alternativo per ottenere un miglio- ramento di natura incrementale in termini di ingombri e prestazioni, per il design del suo nuovo µPOL della gamma di PoL modulari (con potenze per sistemi da 5 W a 150 W), TDK ha adottato un radicalmente diverso (Fig. 4). Nel nuovo progetto sono state combinate di- verse tecnologie proprietarie e brevettate che offrono una notevole riduzione degli ingombri (footprint): solo il 25% rispetto ai prodotti concorrenti, con una densità effettiva fino 4 volte superiore. La serie FS140x, inizial- mente disponibile nelle versioni a 3 A, 4 A e 6 A, sarà estesa in futuro a 25 A e raggiungerà in prospettiva i 100 A. I prodotti disponibili prevedono attualmen- te un minuscolo package (3,3 x 3,3 mm, spessore di soli 1,5 mm) posizionabile in aree dove esistono limiti in altezza, ad esempio sul retro della motherboard o nella zona sottostante dove sono presenti altri com- ponenti come dissipatori di calore e schede figlia. La densità di potenza raggiunta è sicuramente al vertice della categoria: 1W/mm 3 , corrispondente a 15 watt in uno spazio di 3,3 x 3,3 mm senza flusso d’aria di raf- freddamento. Come nel caso dei PoL concorrenti, per un’implementazione completa devono essere aggiunti i condensatori di ingresso e uscita esterni. Tuttavia, le dimensioni di questi componenti risultano notevol- mente ridotte grazie all’elevata frequenza di commuta- zione utilizzata. Dal punto di vista del sistema, è con- sigliabile prevedere dei condensatori esterni poiché questi possono essere dimensionati in base agli esatti requisiti di risposta ai transitori di tensione e di cari- co dell’applicazione considerata. In caso contrario, i condensatori d’ingresso e uscita integrati in un PoL dovrebbero essere dimensionati in funzione del mas- simo carico possibile, del massimo valore di ingresso possibile e della massima regolazione della tensione di uscita, aggiungendo costi e ingombri superflui sulla scheda. A differenza della soluzione PoL discreta di figura 3, con un µPOL TDK in configurazione minima non sono richiesti (a parte i condensatori di ingresso/uscita) al- tri componenti quali reti di compensazione, resistori di impostazione dell’uscita, condensatori di bootstrap o di disaccoppiamento. Gli elementi chiave dei miglioramenti raggiunti sono due: la consolidata tecnologia per induttanze a film sottile di TDK e una nuova tecnica chiamata SESUB (Semiconductor Embedded in SUBstrate). Tale tecnica permette di integrare i MOSFET e il circuito integrato di controllo all’interno di un substrato spesso 250 µm che ospita l’induttanza e due piccoli condensatori di bypass sulla parte superiore. Un altro elemento chiave è rappresentato dalle tecniche di packaging, le quali non prevedono dei collegamenti in filo, il che rende i dispositivi molto robusti e adatti alle applicazioni in- dustriali che sono concepite per minimizzare il peso, il che rende i dispositivi ideali per l’uso su droni, si- stemi di visione artificiale e altre applicazioni con fat- tore di forma ridotto. Oltre al design ad alta efficienza, TDK ha sfruttato le proprie competenze nell’ambito del packaging per controllare le caratteristiche termiche in modo tale che il calore proveniente dall’IC e dall’in- duttanza sia efficacemente instradato verso le termi- nazioni del substrato e la scheda madre. Questo siste- ma è talmente efficiente che alla corrente massima di Fig. 3 – Implementazione discreta tra- dizionale di un convertitore PoL da 6 A con tutti i componenti periferici necessari, ad esclusione dei condensa- tori di ingresso/uscita Fig. 4 – L’innovativo dispositivo μPOL di TDK con un ingombro di soli 11 mm 2 (3,3 x 3,3 mm) e 1,5 mm di altezza