Convertisseurs POL : qu'est-ce que c'est et comment les utiliser au mieux

Au cours des dernières années, les besoins en alimentation ont posé plusieurs problèmes aux concepteurs, dont de multiples tensions d'alimentation, le séquençage des tensions, des courants de crête élevés ou une chaleur excessive. Pour faire face à ces problèmes, les concepteurs doivent intervenir sur la carte de circuit imprimé et introduire des mesures au niveau du PCB. Une solution commune à cet effet est l'utilisation de convertisseurs dans les points de charge ou PoL. En effet, les convertisseurs PoL miniaturisés sont de plus en plus appréciés car ils permettent de répondre aux demandes du marché pour des systèmes de plus en plus efficaces et compacts. Cependant, plusieurs facteurs doivent être pris en compte lors du choix des convertisseurs PoL, car ils n'offrent pas tous les mêmes performances et avantages.

Dans le secteur de l'électronique, de nombreuses innovations sont en cours qui révolutionneront la façon dont nous concevons la technologie. Une des tendances émergentes est l'abandon progressif des systèmes d'alimentation centralisés et décentralisés (également connus sous le nom de DPA), au profit des architectures de bus intermédiaire (IBA), dans lesquelles un convertisseur c.c./c.c. isolé en amont alimente plusieurs convertisseurs c.c./c.c. plus petits et non isolés (également appelés convertisseurs au point de charge, PoL), situés à proximité des charges qui doivent être alimentées.

Toutes ces considérations ont un impact énorme sur la conception des alimentations. La taille du convertisseur est fondamentale, car chaque millimètre carré d'espace sur le PCB est précieux et donc, plus le convertisseur est petit, mieux c'est. En même temps, il y a un autre aspect crucial à considérer : les alimentations PoL résolvent le défi de la demande de courant de crête élevé et des faibles marges de bruit requis par les semi-conducteurs haute performance tels que les microcontrôleurs ou les ASIC, grâce à leur position proche du point d'utilisation. Cependant, les concepteurs sont souvent confrontés à des délais serrés et à des cartes complexes, et finissent par se concentrer sur l'alimentation à la dernière minute. En conséquence, l'espace sur le PCB est sacrifié, ne laissant que de la place pour un dispositif miniaturisé.

Un autre aspect à considérer est la flexibilité. Par exemple, il est important de vérifier si un convertisseur PoL est adapté à la fois pour les ASIC et pour les FPGA. Bien que la plupart des convertisseurs PoL optimisés soient des solutions analogiques simples (non numériques), il est essentiel qu'ils soient compatibles avec les FPGA car ces dispositifs sont de plus en plus utilisés dans une large gamme d'applications.

Les microcontrôleurs offrent de nombreux avantages par rapport aux circuits logiques programmables : ils sont moins chers, disponibles en plusieurs tailles et dotés d'une capacité de configuration considérable. Cependant, malgré tous ces avantages attrayants, il reste un problème de nature électronique. Chaque microcontrôleur nécessitera une série d'alimentations en tension continue, souvent quatre ou six, certaines avec des courants relativement élevés pour le noyau de traitement, mais beaucoup avec un flux d'électricité beaucoup plus faible. Par conséquent, le choix des convertisseurs PoL devient crucial, en prêtant une attention particulière au fait que les microcontrôleurs de dernière génération sont de plus en plus sophistiqués et exigeants. En d'autres termes, la miniaturisation ne doit pas compromettre les performances, l'efficacité, la qualité et la flexibilité.

Dans tous les cas, compte tenu du problème d'espace sur la carte de circuit imprimé, il devient indispensable de prendre en compte les dimensions des composants électroniques. Les convertisseurs PoL de petite taille, par exemple, ont un profil plat et un poids léger qui leur permet d'être utilisés sur le côté inférieur de la carte, optimisant ainsi l'économie d'espace et augmentant la flexibilité de conception. Cela devient particulièrement pertinent lorsque l'on compare avec les alimentations PoL de plus grande taille ou avec les convertisseurs isolés individuels qui ne peuvent être montés que sur un côté de la carte. En fin de compte, opter pour des composants électroniques de petites dimensions permet de maximiser la fonctionnalité et l'efficacité du PCB.

De plus, l'utilisation de convertisseurs PoL miniaturisés offre une série d'avantages significatifs car ils peuvent être placés à proximité de leurs charges. Cela entraîne la réduction des pertes de distribution c.c./c.c. et la résolution des problèmes de sensibilité au bruit et des émissions EMI. En outre, l'activation d'une réponse plus rapide aux transitoires est possible grâce à la réduction des inductances parasites.

L'utilisation de plusieurs convertisseurs PoL rend également plus simple la fourniture des différentes tensions d'alimentation nécessaires pour les composants à haute spécification des PCB actuels.

Un autre domaine qui nécessite une attention particulière concerne les performances thermiques du dispositif. Dans le cas de composants de puissance de plus en plus petits et densément peuplés, l'augmentation de la capacité de transfert de chaleur devient inévitable. Cependant, pour éviter des conséquences désagréables comme une augmentation de la température ou une fiabilité moindre, il est essentiel de contrôler la dissipation de la puissance et de la chaleur. Sinon, cela pourrait se traduire par des coûts supplémentaires pour l'élimination des excès de chaleur éventuels. La fiche technique du convertisseur PoL est une source d'information importante concernant les performances thermiques et l'efficacité du dispositif. En général, les données de performance thermique sont présentées sous la forme d'une courbe montrant comment la puissance maximale du dispositif dépend de la température ambiante et des conditions de refroidissement.

Nous suggérons également aux concepteurs de systèmes d'explorer d'autres fonctionnalités qui pourraient améliorer les performances. Par exemple, certains convertisseurs c.c./c.c. incluent une fonction d'optimisation de sortie, qui permet de maximiser la réponse aux transitoires pour diverses conditions de charge, augmentant ainsi la flexibilité dans la réalisation du système. Certaines solutions PoL (Point of Load) offrent également une fonction de démarrage progressif ou de suivi configurable, simplifiant et rendant plus polyvalente la création de séquences temporelles.

En résumé, les convertisseurs c.c./c.c. miniaturisés conviennent à une large gamme d'applications sur carte avec un espace limité. Ces régulateurs sont compacts et économiques et offrent plusieurs avantages, tels que des cycles de développement plus courts, une qualification plus facile, une flexibilité dans la position du projet, des niveaux de qualité supérieurs et des coûts de développement plus faibles.

La nouvelle série de convertisseurs DC/DC non isolés K12MT de Mornsun offre ce qui a été décrit précédemment : haute courant en sortie, une excellente plage dynamique sur la charge, en plus d'un design aux dimensions compactes à coût réduit.

Consultez ci-dessous la fiche produit de la série complète, pour trouver le modèle qui convient le mieux à vos exigences.

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