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Renesas Electronics ha sviluppato la Serie RAA20770X di convertitori mini-POL per ASIC e altri circuiti logici a grande scala in una vasta selezione di settori applicativi, compresi personal computer, server, apparecchiature industriali, per automazione d’ufficio e per il networking. I dispositivi della serie RAA20770X raggiungono i più elevate livelli di miniaturizzazione e densità di potenza. Renesas sta rilasciando sei prodotti con diversi livelli di corrente di alimentazione e di funzionalità.
Recentemente si sono avuti due cambiamenti nel mercato dell’alimentazione di potenza. Il primo è la necessità per consumi più limitati per una società a misura di risparmio energetico, il secondo è l’aumentata differenziazione nelle tensioni di alimentazione richiesta da prodotti a semiconduttore sempre più complessi funzionalmente come microcontrollori (MCU) e dispositivi SoC.
Per soddisfare la prima esigenza, i nuovi dispositivi RAA20770X eseguono una conversione ad alta efficienza con un carico normale – approssimativamente per il 90 percento del tempo – ed effettuano frequentemente e rapidamente transizioni alla modalità a basso consumo. Come risultato essi contribuiscono ad una operatività a basso consumo dei sistemi nella loro totalità e al raggiungimento di una ambiente energeticamente efficiente.
Per soddisfare la seconda richiesta, sebbene l’area di montaggio debba aumentare per il maggior numero di sorgenti elettriche, i dispositivi RAA20770X ottengono una riduzione delle dimensioni del 75 per cento se comparati con prodotti precedenti di Renesas essendo caratterizzati da un package “wafer-level chip size” ultra-miniatura che ha sostanzialmente la stessa dimensione del chip stesso. Inoltre, poiché all’interno del package non sono richieste connessioni filate, la resistenza dei collegamenti sono ridotte, cosa che contribuisce ad una conversione altamente efficiente. La Serie RAA20770X rappresenta i primi dispositivi con questo livello di integrazione in un package così piccolo.
Caratteristiche chiave della serie RAA20770X:
1) Contribuisce alla miniaturizzazione del sistema con una superficie ridotta di circa il 75 per cento
Nei prodotti RAA20770X, Renesas ha adottato un package wafer-level chip size per ottenere dispositivi POL che possono fornire grandi quantità di corrente in un fattore di forma miniaturizzato rendendo possibile la riduzione della resistenza interna di connessione dell’IC e del package ad un minimo assoluto. Per esempio nel RAA207701GBM, che è caratterizzato da una corrente massima di 10 A, la dimensione del package è molto ridotta – 2,7 × 3,4 mm – che corrisponde a una riduzione di circa il 75 per cento se comparata con precedenti POL di Renesas in SiP. Inoltre la resistenza termica dalla superficie del package alla giunzione del chip è un valore molto basso 1°C/W, consentendo un progetto ad alta dissipazione termica quando sia usato con un dissipatore in flusso d’aria.
2) Supporto per un incremento della vita delle batterie
La prossima generazione di notebook PC richiederà funzioni simili all’acquisizione e all’aggiornamento delle informazioni in modalità standby (Connected Standby) fornite attualmente dai tablet PC e telefoni cellulari. Sarà necessario limitare il consumo di energia al massimo possibile in modalità “Connected Standby”. Per rivolgersi a questa esigenza i dispositivi della Serie RAA20770X adottano una modalità di controllo “constant on-time” (tempo di on costante), e in modalità a basso consumo, quando la corrente nel carico è bassa, essi raggiungono un consumo ridotto di circa 0,5 µW. Un altro vantaggio del metodo di controllo “constant on-time” è che il consumo del convertitore POL può essere ridotto riducendo la frequenza operativa, ottenendo una riduzione a 1,6 mW in assenza di carico e di 0,5 µW in modalità standby. Il controllo “constant on-time” offre anche il vantaggio di una risposta rapida. Per esempio, anche quando si ha un rapido incremento della corrente nel passaggio dell’apparecchiatura elettronica da una modalità di risparmio energetico al funzionamento normale, il convertitore può rispondere istantaneamente incrementando la frequenza operativa.
3) Facile progettazione di sistemi di alimentazione molto affidabili
I dispositivi della Serie RAA20770X integrano varie funzioni di protezione quali sovracorrente, sovratensione e protezione termica richieste nei convertitori POL – tutte nello stesso chip. Come risultato questi dispositivi supportano sistemi di alimentazione ad alta affidabilità, sicuri ed altamente flessibili con un minimo numero di componenti esterni per un progetto facile ed una lista dei materiali ridotta. Inoltre la tensione di uscita e la frequenza operativa possono essere modificate per incontrare le esigenze dell’applicazione in cui sono usati, offendo flessibilità per operare in una vasta serie di applicazioni.
4) Supporto al progetto di alimentatori a tensione singola
I nuovi dispositivi RAA207703GBM, RAA207704GBM, e RAA207705GBM comprendono un circuito regolatore a bassa caduta (LDO) da 5 V che può fornire i 5 V richiesti internamente dal controllore, eliminando quindi la necessità di un alimentatore esterno. Questo consente ad un sistema di operare da una singola tensione usando, per esempio, una alimentazione a 12 V.
Oltre che a combinare il controller ed il driver, i dispositivi della serie RAA20770X integrano sul chip due MOSFET di potenza che sono ottimizzati per convertitori POL che riducono (step-down) una tensione di ingresso di 5 V o 12 V ad 1 V o 3.3 V usati dai grandi IC come gli ASIC. Per esempio il dispositivo RAA207701GBM, caratterizzato per una corrente massima di 10 A, e per un ingresso di 12 V ed una uscita di 3,3 V, può raggiungere un’elevata efficienza di conversione tra l’area a bassa e ad elevata corrente – in particolare una efficienza dell’89 per cento a 10 mA, del 95 per cento a 4 A, e del 92 per cento a 10 A.
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