» Dong Wang, Applications Engineer
Datenverarbeitungs-ICs wie zum Beispiel FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), SoCs (Systems-on-Chip) und Mikroprozessoren gewinnen in Systemen des Telekommunikations-, Netzwerk-, Industrie-, Automotive-, Avionik- und Rüstungssektors immer mehr an Verbreitung. Gemeinsames Merkmal dieser Systeme ist die Forderung nach immer mehr Verarbeitungsleistung, was dazu führt, dass auch der Stromverbrauch beständig wächst. Designer sind sich der Probleme, die Prozessoren mit hoher Leistungsaufnahme in thermischer Hinsicht mit sich bringen, sehr wohl bewusst, aber die WärmemanagementAspekte der zugehörigen Stromversorgungen werden von ihnen nicht unbedingt berücksichtigt. Ganz ähnlich wie bei den mit Transistoren vollgepackten Prozessoren selbst, sind thermische Probleme im Worst Case unausweichlich, wenn niedrige Core-Spannungen mit hohen Strömen einhergehen, wie es der Trend bei Stromversorgungen für alle Datenverarbeitungs-Systeme ist.
EMI-eigenschaften, Wandlerverhältnis, Platzbedarf und thermische Aspekte
FPGAs, SoCs und Mikroprozessoren benötigen in der Regel mehrere Versorgungsspannungen, wie zum Beispiel 5 V, 3,3 V und 1,8 V für Peripherie- und Zusatzfunktionen, 1,2 V und 1,1 V für DDR4- und LPDDR4-Speicher sowie 0,8 V für die Prozessorkerne. Die Gleichspannungswandler, die diese Spannungen erzeugen, werden üblicherweise aus einer Batterie oder einer Zwischen-Gleichspannung von 12 V oder 5 V versorgt. Um diese Gleichspannungen auf die vom Prozessor verlangten, deutlich niedrigeren Spannungen zu reduzieren, setzt man meist auf getaktete Abwärtswandler (Tiefsetzsteller), die sich bei grossen Spannungsreduzierungs-Verhältnissen durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnen. Schaltwandler gibt es in Hunderten von Varianten, jedoch lassen sich viele in zwei Gruppen aufteilen, nämlich Controller (mit externen MOSFETs) und monolithische Regler mit internen MOSFETs. Betrachten wir zunächst die Controller.
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