Блог компании Infineon TDA22560 OptiMOSTM 90A Интегрированная силовая ступени с тепловой производительностью

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. поставляет InfineonТДА22560OptiMOS™ 90 Интегрированный силовой каскад, обеспечивающий первоклассную эффективность и тепловые характеристики.

ИнфинеонТДА22560представляет собой высокопроизводительный интегрированный силовой каскад на 90 А, принадлежащий к серии POWERSTAGE CE и использующий проверенную технологию Power MOS OptiMOS™. Он объединяет высоко- и низковольтные МОП-транзисторы с интеллектуальными схемами драйвера затвора, устраняя сложную конструкцию, связанную с традиционными решениями на дискретных компонентах. Благодаря своим выдающимся электрическим характеристикам и инновационной тепловой архитектуре он стал предпочтительным компонентом для многофазных систем питания VRM, идеально удовлетворяя требованиям сильноточного и низковольтного источника питания основных микросхем, таких как центральные процессоры, графические процессоры и ASIC, сочетая при этом высокую плотность мощности с долгосрочной эксплуатационной надежностью.

I. Основные преимущества позиционирования и интеграцииТДА22560

TDA22560 — это монолитный силовой каскад, специально разработанный для высокочастотных топологий многофазного понижающего преобразования. Благодаря номинальному выходному току до 90 А он легко интегрируется с серией цифровых главных контроллеров Infineon XDPE для создания высокоэффективных и стабильных многофазных систем электропитания постоянного тока. По сравнению с традиционными решениями с дискретным МОП-транзистором и драйвером, это устройство имеет высокоинтегрированную конструкцию, объединяющую переключающий транзистор, схему драйвера, чувствительную схему и блок защиты в одном корпусе. Это значительно сокращает количество внешних компонентов, эффективно снижает стоимость спецификации и занимаемую площадь печатной платы, избегая при этом таких проблем, как помехи при маршрутизации и отклонения параметров, связанные с дискретными решениями, тем самым значительно повышая согласованность и стабильность системы электропитания.

Используя запатентованный полупроводниковый процесс OptiMOS™ компании Infineon, устройство обеспечивает двойное преимущество: низкие потери проводимости и низкие потери переключения. Он сохраняет превосходную эффективность преобразования даже в условиях высокочастотного переключения 2 МГц, что соответствует тенденции к более высоким частотам и меньшим размерам в современных источниках питания высокого класса, одновременно отвечая строгим требованиям к низкому энергопотреблению и высокой надежности в центрах обработки данных и промышленных вычислительных платформах.

II. Ключевые параметры электрических характеристикТДА22560

Благодаря точной настройке параметров TDA22560 подходит для подавляющего большинства сценариев высокопроизводительных сильноточных источников питания. Его основные электрические параметры обеспечивают исключительную адаптируемость к различным сценариям и резервирование производительности. Конкретные основные характеристики следующие:

- Номинальный выходной ток: 90 А в непрерывном режиме, способен выдерживать кратковременные пиковые скачки тока, удовлетворяя требованиям внезапных изменений нагрузки процессоров.

- Диапазон входного напряжения: 4,25–16 В, охватывающий основные напряжения шины серверов, промышленного оборудования и телекоммуникационного оборудования.

- Диапазон выходного напряжения: 225 мВ–5,5 В, точно соответствует требованиям к низковольтному и сильноточному источнику питания процессоров и графических процессоров.

- Максимальная частота переключения: 2 МГц, поддержка высокочастотной работы для уменьшения размера связанных катушек индуктивности и конденсаторов и повышения удельной мощности системы.

- Диапазон рабочих температур: от -40°C до +125°C, широкий температурный диапазон подходит для различных сложных промышленных и вычислительных сценариев.

- Характеристики процесса: на основе траншейной технологии OptiMOS™ достигается чрезвычайно низкое сопротивление открытого состояния и заряд затвора, что значительно снижает потери на переключение и проводимость.

III. Основные тепловые характеристики и тепловая архитектураТДА22560

Основной проблемой для сильноточных силовых устройств является накопление тепла в условиях большой нагрузки, что может легко привести к снижению номинальных характеристик устройства, снижению производительности или даже тепловому повреждению.ТДА22560Эта проблема решается с помощью трехстороннего подхода, сочетающего оптимизацию процессов, инновационный тепловой дизайн упаковки и многомерные тепловые пути, обеспечивая ведущие в отрасли возможности управления температурным режимом, которые идеально соответствуют тепловым требованиям непрерывной работы при токе 90 А.

Оптимизация тепловых потерь на уровне процесса

В устройстве используется технология Power Chip OptiMOS™ нового поколения от Infineon. За счет оптимизации структуры каналов чипа и процесса легирования он значительно снижает сопротивление МОП-транзистора и потери переключения, тем самым сводя к минимуму выделение джоулева тепла и тепла переключения во время работы от источника. По сравнению с традиционными силовыми МОП-решениями, в идентичных условиях работы с сильным током 90 А,ТДА22560снижает собственные тепловые потери более чем на 15 %, эффективно сводя к минимуму накопление тепла и существенно снижая тепловые нагрузки, тем самым закладывая основу для непрерывной работы в высокотемпературных средах. Кроме того, этот процесс обеспечивает превосходную температурную стабильность с минимальным дрейфом параметров при повышении температуры перехода, предотвращая порочный круг роста потерь, вызванный повышением температуры.

Инновационная двухконтурная тепловая конструкция

ТДА22560использует индивидуальный высокоэффективный тепловой пакет от Infineon, освобождающий от ограничений традиционного однонаправленного рассеивания тепла. Он поддерживает двухпутевой режим теплопроводности, сочетающий рассеивание тепла с верхней стороны и рассеивание тепла с нижней стороны печатной платы, для создания комплексного теплового пути. В нижней части устройства имеется большая открытая термопрокладка, которую можно непосредственно прикрепить к областям с высоким содержанием медной фольги и термическим отверстиям на печатной плате, быстро передавая тепло от ядра чипа к подложке печатной платы и используя большую площадь медной фольги для пассивного охлаждения; В верхней части корпуса используется формовочный компаунд с высокой теплопроводностью, теплопроводность которого значительно превышает теплопроводность традиционных корпусов силовых устройств, что позволяет осуществлять прямую интеграцию с внешними компонентами охлаждения, такими как радиаторы поверхностного монтажа и распределители тепла, для достижения активного и улучшенного охлаждения.

Такая двухконтурная тепловая конструкция полностью решает проблему недостаточного рассеивания тепла в компактных печатных платах, значительно снижая тепловое сопротивление от соединения ядра к окружающей среде и от соединения к корпусу. Это гарантирует, что непрерывный выходной номинальный ток 90 А станет стабильной нормой, избегая ограничений производительности, вызванных односторонними тепловыми узкими местами.

Параметры термического сопротивления и высокотемпературные характеристики

Благодаря превосходной тепловой архитектуре и оптимизации процессов,ТДА22560может похвастаться превосходными параметрами теплового сопротивления: термическое сопротивление перехода как между корпусом, так и между переходом и окружающей средой входит в число лучших устройств класса мощности 90 А. При стандартной компоновке печатной платы и обычных условиях воздушного охлаждения, когда устройство непрерывно работает при полной нагрузке (90 А), температура перехода может стабильно поддерживаться в безопасном диапазоне без значительного накопления тепла; даже в суровых условиях, таких как закрытые помещения с высокой температурой или низкий поток воздуха, он все равно может поддерживать номинальную выходную мощность без значительного снижения эффективности из-за перегрева. Кроме того, устройство включает в себя точный блок измерения температуры, который постоянно контролирует температуру перехода чипа, предоставляя точные данные для поддержки стратегий управления температурным режимом системы и регулировки ограничения тока нагрузки.

4.ТДА22560Комплексные механизмы защиты, подходящие для высокотемпературных и сильноточных условий эксплуатации.

Для устранения рисков безопасности, связанных со сценариями сильноточной, высокотемпературной и высокочастотной эксплуатации,ТДА22560включает в себя полный набор интеллектуальных функций защиты, которые дополняют его превосходные тепловые характеристики и обеспечивают долгосрочную стабильную работу системы. Функции защиты ядра включают защиту от перегрева, защиту от перегрузки по току, блокировку входного пониженного напряжения и защиту от короткого замыкания. Когда температура перехода превышает пороговое значение из-за экстремальных нагрузок или ненормального рассеивания тепла, механизм защиты от перегрева быстро реагирует, автоматически ограничивая выходную мощность, тем самым предотвращая тепловой пробой и повреждение устройства. Защита от перегрузки по току и короткого замыкания мгновенно отсекает аномальные токи, предотвращая выбросы сильного тока из-за сгорания микросхемы и последующих нагрузок. Синергия между этими многочисленными механизмами защиты и эффективной системой управления температурным режимом обеспечивает исключительную надежность устройства при высоких нагрузках, высоких температурах и переходных режимах работы.

V. Типичные сценарии примененияТДА22560

Благодаря высокому выходному току 90 А, высокочастотным характеристикам 2 МГц, исключительному управлению температурным режимом и высокой степени интеграции,ТДА22560широко используется в различных высокопроизводительных сильноточных источниках питания постоянного тока. Ключевые области применения включают в себя:

- Центры обработки данных и серверы искусственного интеллекта: обеспечивают многофазное, сильноточное регулируемое питание для процессоров, графических процессоров и плат ускорителей искусственного интеллекта, отвечающее требованиям непрерывной работы при больших нагрузках.

- Высокопроизводительное вычислительное оборудование: основные модули питания для вычислительных хостов HPC и промышленных серверов, обеспечивающие стабильную выходную мощность при вычислительных нагрузках.

- Промышленные вычислительные и встраиваемые платформы: источник питания для материнских плат промышленного управления и встраиваемых вычислительных устройств, работающих в суровых промышленных условиях, отвечающий широкому температурному диапазону и высоким требованиям к стабильности.

- Сетевое и коммуникационное оборудование: сильноточные системы электропитания для высокопроизводительных коммутаторов, маршрутизаторов и другого коммуникационного оборудования, отвечающие требованиям высокочастотной и длительной эксплуатации.

VI. РезюмеТДА22560Комплексные преимущества

Интегрированный силовой каскад Infineon TDA22560 OptiMOS™ 90A использует базовый процесс OptiMOS™ в качестве основы производительности и имеет двунаправленную, высокоэффективную тепловую архитектуру в качестве своего ключевого преимущества, обеспечивая комплексные прорывы в области больших токов, высокой эффективности, надежного управления температурным режимом, высокой интеграции и высокой надежности. По сравнению с дискретными решениями того же класса и стандартными интегрированными силовыми каскадами он не только упрощает конструкцию системы электропитания и снижает общую стоимость системы и занимаемую площадь, но также решает общеотраслевую проблему плохой высокотемпературной стабильности в сильноточных силовых устройствах за счет экстремальной тепловой оптимизации. Способный к продолжительной и стабильной работе в сложных условиях, включая высокие частоты, большие нагрузки и широкий температурный диапазон, он является предпочтительным основным компонентом для высокопроизводительных многофазных систем питания VRM, обеспечивая надежную техническую поддержку для модернизации источников питания в высокопроизводительном оборудовании в вычислительном, промышленном и коммуникационном секторах.