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Marktausblick und Trends in der Leistungselektronik : Ausgabe 20/2014, 06.11.2014

«Unser Ziel ist null Fehler»

Während sich der Konsumelektronikmarkt seit einigen Jahren eher moderat entwickelt, wächst der Industriemarkt recht kräftig. Speziell der Sektor Automobilelektronik und die LED-Technik weisen seit Jahren zweistellige Wachstumsraten auf. Tony Armstrong von Linear Technology zeigt die Trends auf und das, was Linear in den wachsenden Märkten zu bieten hat.

Autor: Daniel Böhler

Welche Trends sehen Sie im Markt für Leistungselektronik?

Tony Armstrong: Wenn man es global betrachtet, wird 2015 wahrscheinlich ein weiteres Jahr mit nur geringem bis mittlerem Wachstum werden. Die Auswirkungen der Finanzkrise, der darauf folgenden tiefen Rezession und nun eines gedämpften Aufschwungs stellen nach wie vor grosse Herausforderungen für die Hersteller von Leistungselektronik und ihre Kunden dar. Aber selbst in diesem schwachen Geschäftsumfeld bewegen sich Märkte manchmal sogar in eine völlig unerwartete Richtung.

Wie sieht die Reaktion und Situa- tion auf die Marktverschiebungen in Ihrem Unternehmen aus?

Armstrong: Die neuen Produktentwicklungen und -designs von Linear Technology haben sich von den Kommunikations- und Konsumelektronikmärkten weg, hin zu den Automobil- und industriellen Märkten verschoben. Der industrielle Bereich des Mark- tes für Analogelektronik ist von 6 Prozent vor zehn Jahren auf heute 21 Prozent gewachsen. Der analoge Automobilelektronikmarkt ist in den letzten vier Jahren von 14 auf heute 20 Prozent angewachsen. In den letzten Jahren ist der Umsatz, den Linear Technology in den Segmenten Automobilelektronik und Industrieelektronik generierte, auf 62 Prozent des Gesamtumsatzes angestiegen, und 86 Prozent des Umsatzes werden mittlerweile in Märkten erzielt, die nicht zu den Konsumelektronikmärkten zählen.

Smart-Power wird immer populärer in industriellen Applikationen. Wie sehen Sie diese Entwicklung?

Armstrong: Der Einsatz eines seriellen, digitalen Standardbusses wie I²C erlaubt die einfache und effiziente Kommunika-tion von digital ausgerüsteten DC/DC-Wandlern. Neu aufkommende Standards wie der PMBus vereinfachen die Interoperabilität von Komponenten. Wichtige Reglerparameter einschliesslich Start-up-Charakteristika und Timing, Ausgangsspannung und Strombegrenzung, Spezifikationen der Toleranzbänder sowie die Überwachungsgrenzen von Über- und Unterspannung können damit alle direkt programmiert werden, anstatt mit Widerständen und Platz raubenden Sequenzierungs- und Überwachungsprodukten das Problem zu lösen. Darüber hinaus können wichtige Betriebsparameter wie Temperatur, Ein- und Ausgangsspannungen sowie Ein- und Ausgangsströme routinemässig überwacht und genutzt werden, um die Leistung und Zuverlässigkeit des Systems zu optimieren.

Wo liegen die Vorteile eines digitalen Power System Managements?

Armstrong: Prinzipielle Vorteile eines digitalen PSM (Power System Management) sind geringere Entwicklungskosten und schnellere Markteinführung. Komplexe Systeme mit mehreren Spannungspegeln lassen sich mit einer Entwicklungsumgebung mit intuitiven GUI effizient entwickeln. Solche Systeme vereinfachen auch den In-Circuit-Test und das Debugging der Baugruppe, da sie Änderungen über das GUI erlauben, anstatt sogenannte «White-Wire»-Verbindungen einlöten zu müssen. Vielleicht am wichtigsten ist aber, dass DC/DC-Wandler mit digitaler PSM-Funktion den Entwicklern erlauben, «grüne» Stromversorgungen zu entwickeln.

Linear Technology hat eine ständig wachsende PSM-Produktlinie entworfen, die alle diese Fähigkeiten und noch viel mehr einschliesst. Darin enthalten sind synchrone Abwärtswandler mit integrierten Leistungs-FET-Gate-Treibern und umfangreichen Power- Management-Funktionen, auf die über den I²C-basierten PMBus zugegriffen werden kann. PSM dringt in viele weitere Marktsegmente vor, wie die Industrie- und Medizintechnik.

Bringt das kabellose Laden den nächsten Wachstumsschub im Power-Management und haben Sie Pläne in diesem Bereich?

Armstrong: Linear Technology ist immer auf der Suche nach neuen Marktchancen und die «wireless» Leistungsübertragung ist ganz sicher eine davon. Es gibt bereits einen etablierten Markt für das kabellose Laden von Batterien, die in mobilen Geräten wie Mobiltelefonen und Mediaplayern eingesetzt werden; diese sind jedoch bereits mit dem Qi-Standard abgedeckt. Anders als sich auf Konsumelektronik-basierte Applikationen im Massenmarkt für die kontaktlose Leistungsübertragung zu fokussieren, konzentrieren wir unsere Anstrengungen auf Anwendungen in den Märkten der Indus-trieelektronik, Medizintechnik und der Luft- und Raumfahrt, in denen die Anforderungen sehr viel höher sind.

Unser Leistungsübertragungs-IC zum kabellosen Laden von Batterien, der LTC 4120, ist nicht kompatibel zum Qi-Standard. Dieses Bauteil erfüllt die Anforderungen, die hoch zuverlässige industrielle Applikationen stellen. Der LTC 4120 nutzt die eingebettete PowerbyProxi-Technik und drahtlose Leistungsarchitektur, um es den auf dem LTC 4129-basierten Systemen zu erlauben, mit grösseren Distanzen der Leistungsübertragung zu arbeiten.

Die Zuverlässigkeit wird in der heutigen Stromversorgungstechnik immer wichtiger. Wie erhöhen Sie die Zuverlässigkeit Ihrer Produkte?

Armstrong: Linear Technology ist ein Lieferant für die wichtigsten OEMs und Tier-1-Kunden in der Automobilelektronik, aber auch für viele der führenden globalen Unternehmen in den Marktsegmenten Industrie, Medizintechnik und Computer. Unsere Verpflichtung gegenüber dieser Kundenbasis unterstrichen wir mit unserem Engagement für Qualität, Zuverlässigkeit und Kundenservice. Wir sind unter den ersten Halbleiterherstellern, die nach dem Standard TSI 16949-2002 zertifiziert wurden, eine Auszeichnung, die wir seit 2003 haben. Wir qualifizieren unsere Automobilprodukte gemäss dem Standard AEC-Q100 des Automotive Electronics Council.

Wir haben eine durchschnittliche Ausgangsqualität (AOQ = Average Outgoing Quality) von weniger als zwei defekten Bauteilen pro Million (DPPM) erreicht und sind dem Ziel von null Defekten verpflichtet, das von vielen Kunden gefordert wird. Wir haben einen firmeninternen Automotive-Fertigungsfluss entwickelt, der es uns erlaubt, weniger als 1 DPPM bei vielen Kunden zu erreichen. Wir bieten eine hervorragende Produktqualität von 0,1 FIT oder weniger. Unser Ziel ist null Fehler.

Derzeit befinden sich die galvanisch getrennten und die nicht isolierten Produkte in LED-Treiber-Chips auf etwa gleichem Entwicklungsniveau. Wie wird sich dies in Zukunft weiterentwickeln?

Armstrong: Linear Technology entwickelt und produziert LED-Treiber-ICs für LED-Anwendungen für Wechsel- und Gleichstromapplikationen. Die Fähigkeit, LEDs aus dem Stromnetz zu versorgen, erlaubt Anwendungen mit exponenziellem Wachstum, da diese Form der elektrischen Leistung sowohl in gewerblichen als auch privaten Gebäuden schon heute verfügbar ist. Obwohl LEDs als Ersatz für Glühbirnen für den Endanwender relativ einfach zu implementieren sind, erhöhen sich die Anforderungen an das LED-Treiber-IC dramatisch. Alle LEDs benötigen eine gut geregelte Konstantstromquelle, um eine konstante Lichtstärke zu liefern. Deshalb erfordert das Speisen aus einer Wechselspannungsquelle einige spezielle Designtechniken mit sehr speziellen Designbedürfnissen.

Wo liegen Ihrem Wissen nach die Haupt-anforderungen an LED-Treiber-ICs?

Armstrong: Abhängig vom Einsatzort wird die Netzspannung irgendwo zwischen 90 und 265 VAC bei Frequenzen zwischen 50 und 65 Hz liegen. Deshalb wäre es ideal, für die Herstellung einer LED-Lampe für den Weltmarkt ein einziges Schaltungsdesign zu haben, das es erlaubt, ohne Modifizierung überall auf der Welt eingesetzt zu werden. Dies erfordert einen einzigen LED-Treiber-IC, der einen grossen Bereich an Eingangsspannungen und Leitungsfrequenzen handhaben kann.

Darüber hinaus erfordern viele LED-Applikationen am Netz eine galvanische Trennung der LED von der Treiberschaltung. Dies wird primär aus Sicherheitsgründen gemacht und von einigen Regulierungsbehörden vorgeschrieben. Eine elektrische Trennung wird generell von einer galvanisch getrennten Flyback-LED-Treiber-Topologie geboten, die einen Trafo verwendet, um die Primär- und Sekundärseiten der Treiberschaltung zu separieren.

Da die Energieeinsparung als treibende Kraft hinter dem Einsatz von LEDs in der Beleuchtungstechnik steht, sollte der LED-Treiber-IC den höchstmöglichen Wirkungsgrad bieten. Weil die LED-Treiberschaltung eine hohe Wechselspannung in einen gut geregelten LED-Strom mit wesentlich weniger Spannung wandeln muss, muss der LED-Treiber-IC so ausgelegt sein, dass er mehr als 80 Prozent Wirkungsgrad hat – nur so lässt sich effektiv Energie sparen.

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Ein LED-Treiber-IC muss über 80 Prozent Wirkungsgrad haben

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Tony Armstrong: «Linear Technology ist ein Lieferant für die wichtigsten OEMs und Tier-1-Kunden in der Automobilelektronik, aber auch für führende Unternehmen in der Industrie, Medizin- und Computertechnik»

Zur Person

Tony Armstrong, Director of Product Marketing der Power Products Group von Linear Technology