Revista Online de electrónica de potencia y sistemas de alimentación y automatización industrial, fuentes de alimentación, convertidores, SAI, baterías, energías renovables, Semiconductores, LED, TFT, LCD, Software de diseño

El suministro de fuentes de alimentación para sistemas complejos ha logrado importantes avances en los últimos años, proporcionando un creciente rango de carriles de alimentación, con una eficiencia en constante mejoria y al mismo tiempo ocupando una superficie cada vez menor en la placa del circuito.

Lo mejor de DPA e IBA en combinación
Se podrían obtener avances más significativos si la tecnología al nivel del componente y del módulo permitiera la eficiencia de DPA y las ventajas de IBA. Esta tecnología ya es una realidad en forma del convertidor CC/CC aislado Cool-Power® PI3101 de Picor (Figura 1). El PI3101 es un convertidor CC/CC aislado de muy alta densidad, de 60 W y con una salida de 3,3 V, que logra una  densidad de potencia sin precedentes de 400 W/in3 y 105W/in2 para un amplio rango de tensiones de entrada de 36 V-75 V. La arquitectura de alimentación de conmutación suave y a alta eficiencia, unida
al innovador concepto de encapsulado PSiP (Power-System-in-Package) integrado - el módulo tiene el aspecto, y se puede manejar más, como si fuera un CI que una fuente de alimentación - permite generar la alimentación de un módulo de formato 1/16 brick aislado en un encapsulado que ocupa menor de la mitad del tamaño, sólo 22 x 16,5 x 6,7 mm. El PI3101 contiene toda la circuitería necesaria para una fuente de alimentación completamente aislada y regulada, con ajuste externo, función de arranque suave y protección total.

La reducción de tamaño es un objetivo válido para cualquier fuente de alimentación, pero en el contexto de los actuales sistemas de altas prestaciones la ventaja aumenta teniendo en cuenta debido el rendimiento del sistema principal. Cada milímetro cuadrado en la superficie de la placa de circuito impreso que se dedique a sistemas auxiliares tiene un mayor coste por lo que respecta a un mayor rendimiento del sistema que se podría lograr si esa superficie de la placa se estuviera destinando a mejorar la funcionalidad.

Ahorro de superficie en la placa
Observemos la configuración de DPA mostrada en la Figura 2. La aproximación más probable antes de la disponibilidad del PI3101 consistiría en cuatro bricks de 1/16 para generar la alimentación de salida regulada. Con el complemento adecuado de las versiones de los productos pertenecientes a la familia PI310x Cool-Power, el tamaño total del sistema se podría reducir a la mitad. Pensemos ahora en la solución IBA mostrada en la Figura 3. Si el bus de entrada tiene un amplio rango de 36-75 V y se utiliza una IBA de bus fijo, y según el nivel de la alimentación de entrada a la placa, el convertidor aislado probablemente habrá de ser un módulo brick de 1/8 seguido de NiPOL independientes en montaje vertical para montaje superficial, cuya misión es reducir el valor hasta obtener cada tensión de carga. El sistema resultante podría reducir su tamaño utilizando una solución basada en PI310x Cool-Power para los carriles de 2,5 V y 3,3 V, así como otro PI3101 que proporciona una entrada de 3,3 V a los NiPOL de alta densidad para los carriles de 1.x V. Dependiendo de si se opta por el montaje superficial o por el montaje de tipo vertical, el ahorro de espacio se situaría entre el 40% y más del 75%. La Figura 4a y la Figura 4b ilustran los ahorros obtenidos cuando se utilizan soluciones basadas en Cool-Power frente a las técnicas tradicionales de tipo DPA y IBA.

  El PI3101 totalmente aislado es sólo 5,6 mm más largo que los convertidores CC/CC no aislados de alta densidad más avanzados, y por lo que respecta a la altura también es más delgado que los típicos convertidores CC/CC DOSA, logrando de este modo que se haga realidad la conversión en el Punto de Carga Aislado (Isolated Point-of-Load, iPOL). El PI3101 permite aplicar un bus de 48 V de alimentación aislada directamente a un punto de carga de baja tensión para lograr la máxima flexibilidad.

Localización de espacio para un diseño discreto
Una estrategia alternativa que está abierta a los ingenieros consiste en diseñar un convertidor a medida. Para cubrir las demandas de alimentación en el tipo de aplicación antes descrito, un punto de partida podría ser la selección de CI convertidor síncrono de retroceso (flyback) que no necesite realimentación óptica.
Un ejemplo típico de última generación en el mercado actual se llega de la mano de un diseño de referencia para una salida de 40 W, o 12 A a 3,3 V. El número de componentes – que se califica como reducido, en comparación con otros dispositivos de su misma categoría – es de unas 45 unidades, incluyendo posiblemente dos componentes inductivos con bobinados a medida.
El transformador específico ya es por sí sólo de mayor tamaño que el PI1301 e - incluso después de colocar y enrutar los 45 componentes -  el diseño alcanza sólo 2/3 si se compara con el módulo Cool-Power.

Otras aplicaciones
La familia PI310x de convertidores de alta densidad resulta ideal para el nuevo estándar de alimentación mediante Ethernet (Power-over-Ethernet, PoE). El montaje de menor tamaño para alimentación mediante Ethernet se puede lograr con una única solución Cool-Power hasta la máxima alimentación que contempla el estándar. El peso ultraligero del PI3101 también hace que sea muy atractivo para aplicaciones sensibles al peso como aeronaves y equipos portátiles. El PI3101 también se puede adaptar al sensado remoto en aquellas aplicaciones que exijan una regulación muy precisa.

Conclusión
El formato Cool-Power representa un nuevo paso en la evolución de los convertidores CC/CC aislados. Un innovador convertidor de alimentación de densidad muy alta genera una alimentación aislada y regulada de 60 W en un encapsulado con la mitad de tamaño que las soluciones existentes. Esta nueva tecnología debería posibilitar que los diseñadores de sistemas reduzcan el tamaño de sus arquitecturas de alimentación y que incrementen el conjunto de funciones y la funcionalidad de los productos que ofrecen.
El nuevo convertidor ofrece al diseñador la flexibilidad de colocar la alimentación donde se necesita con relativa facilidad y con un plazo de diseño muy corto.

Autores:

Chris Swartz, Ingeniero Jefe de Aplicaciones, y Carl Smith, Director
de Marketing Estratégico y Desarrollo del Negocio, Picor Corporation (una filial de Vicor Corporation)

Más información o presupuesto