Folleto
Guía de selección de módulos de potencia Flex
En muchas aplicaciones electrónicas, se utilizan componentes de bajo perfil para poder integrar más tarjetas en un rack. Sin embargo, mantener un perfil bajo no siempre se ajusta a la alta densidad de empaquetado de la electrónica moderna, especialmente en racks de servidores donde el espacio en los ejes X e Y es limitado, pero la altura en el eje Z está disponible. En este tipo de aplicaciones, maximizar la altura y minimizar las dimensiones en los ejes X e Y permite integrar más funcionalidades en una tarjeta y obtener así el beneficio de una mayor funcionalidad por metro cuadrado de espacio en el centro de datos.
Los módulos de alimentación CC/CC en formato vertical con un tamaño mínimo pueden tener su lugar: si observamos el interior de cualquier PC de escritorio, los veremos como VRM que suministran energía en el punto de carga para las CPU con sus altos disipadores y ventiladores. Si bien se pueden utilizar sistemas complejos de tubos de calor y soportes para disipar el calor de un módulo vertical, como productos de uso general, deben estar diseñados para funcionar con refrigeración por convección o aire forzado con un disipador integrado. El problema radica en conocer el flujo de aire disponible, su temperatura debido a los componentes disipadores adyacentes y el caudal que se alcanza en la práctica. Los módulos de alimentación modernos logran cifras de eficiencia asombrosas con una disipación de tan solo unos pocos vatios cuando se cargan a cientos de vatios, pero dicha carga puede estar a pocos centímetros de distancia, aguas arriba en el flujo de aire, elevando la temperatura ambiente local a un nivel elevado.
Pensar en la tercera dimensión
A alta potencia, incluso los convertidores CC/CC de perfil más bajo suelen requerir disipadores de calor, lo que aumenta la altura total y el coste de adquisición e instalación, quedando efectivamente suspendidos sobre los demás componentes de la placa. Otros componentes, como conectores, ventiladores integrados o condensadores de gran tamaño, pueden determinar la altura necesaria. En otros casos, la limitación puede ser el área ocupada en el plano XY de la PCB, donde un módulo convencional, quizás con una zona de exclusión debajo, ocupa demasiado espacio valioso en la placa que se necesita para otros componentes o para el seguimiento de señales.
Los módulos de alimentación verticales pueden ser una solución valiosa.
Sin embargo, cuando se adopta un enfoque integral, el diseño vertical puede aportar valor. Los últimos productos IBC verticales pueden ofrecer una potencia nominal de 900 W en un espacio ligeramente menor que el de un cuarto de ladrillo horizontal de la misma potencia. Además, un IBC vertical puede incorporar un disipador de calor envolvente integrado que duplica la superficie de refrigeración, permitiendo una refrigeración eficiente incluso con un flujo de aire moderado. El disipador de calor también puede diseñarse para optimizar el rendimiento del módulo, con las menores resistencias térmicas a los componentes, en comparación con los tipos de bajo perfil con placa base refrigerada que deben interactuar térmicamente con un disipador de calor o placa fría externa, lo que genera variabilidad en el aislamiento y la planitud, especialmente cuando se instalan varios módulos.
Un posible problema con los módulos verticales de alta potencia podría ser el montaje mecánico. Por ejemplo, debido a su elevado centro de gravedad y peso considerable, las terminaciones SMD por sí solas podrían no ser lo suficientemente robustas para asegurar el módulo durante las pruebas de choque y vibración. Generalmente se han preferido las terminaciones de orificio pasante por el soporte mecánico que proporcionan, quizás con fijaciones mecánicas adicionales mediante tornillos; sin embargo, esto hace que el montaje sea algo más engorroso y costoso.
Un módulo de alimentación CC/CC vertical puede suministrar 300 W en menos de 7 cm.2 huella
Un ejemplo del uso eficaz de los módulos de alimentación verticales se observa en los módulos de alimentación Flex. BMR520 producto (Figura 1Este componente, denominado ‘power blade’, es un convertidor CC/CC aislado de 300 W con todas las funciones, entrada de 42,5-75 V y salida de 12 V. Con un tamaño de 17 mm x 40 mm para montaje en panel SMD y una superficie máxima de disipación de calor de 20 mm de altura, el módulo constituye una etapa de conversión de potencia, controlada por un conjunto de control independiente en formato SMD horizontal convencional para PCB.
Figura 1: Módulo de potencia Flex BMR520 (300 W), convertidor CC/CC vertical con conjunto de control.
El conjunto de control incluye todas las funciones de control, monitorización y protección y es compatible con PMBus.® habilitado. El disipador de calor integrado de la cuchilla cubre los dos lados largos del módulo para una superficie máxima y una disipación de calor efectiva, y esto, junto con una alta eficiencia de conversión de alrededor de 94%, permite operar a más de 80 °C de temperatura del aire con un flujo de aire suficiente, a una entrada de 48 V. El pequeño conjunto de control, de solo 17 mm x 17 mm, se instala adyacente y puede controlar hasta tres cuchillas para una salida total de 900 W. La división de las etapas de control y potencia brinda flexibilidad para 1, 2 o 3 cuchillas según el consumo de energía, pero también reduce el peso de la etapa de potencia para que pueda montarse de forma segura en superficie con el ensamblaje automatizado normal, incluyendo dos conexiones de pasador en pasta de soporte mecánico de orificio pasante. Ahora existe la oportunidad de orientar el módulo vertical para aprovechar al máximo el flujo de aire disponible e incluso ser ingenioso y usar la pieza como un 'deflector' para redirigir el aire caliente lejos de los componentes sensibles posteriores. Las piezas de tamaño reducido también pueden ser más fáciles de encajar en un diseño de tablero típico que un cuarto de ladrillo más grande (normalmente de 58,4 x 36,8 x 12,19 mm).
Los módulos de alimentación no aislados también tienen su lugar.
El BMR520 Por lo general, irían seguidos de convertidores de punto de carga no aislados y, en entornos donde haya altura disponible, los módulos PoL de estilo 'SIP' pueden ocupar nuevamente espacios reducidos para una potencia de salida significativa. Por ejemplo, el montaje pasante BMR474 La serie de módulos de potencia Flex puede suministrar hasta 80 A / 198 W en un área de placa de tan solo 33 mm x 12,1 mm con un disipador de calor integrado y un flujo de aire de 3 m/s. Una versión con una huella de tan solo 33 mm x 8,6 mm también proporcionará 80 A con el mismo flujo de aire, pero con una reducción de potencia debido a una temperatura más baja en convección natural. La altura del producto en cada caso es de tan solo 19 mm. Próximamente también estará disponible en formato SIP el BMR473 Ofrece hasta 40 A en un paquete que mide tan solo 26,3 (L) x 8,8 (W) x 15,6 (H) mm.
Optar por un perfil alto puede ser algo bueno, especialmente cuando se intenta maximizar el uso del espacio disponible en la placa. Sin embargo, no tiene por qué ser a expensas del rendimiento térmico o eléctrico, tanto el BMR520 como BMR474 son apoyados por el Diseñador de energía Flex software para que pueda modelar los importantes beneficios disponibles.
