Ericsson har utvecklat en POL-omvandlare (Point Of Load) som kan leverera 60 A trots en volym av bara 2,45 cm³. BMR466 är den första i tredje generationens digitala DC/DC-omvandarmoduler.

Ericsson, som har tillverkat DC/DC-omvandlare i modulformat sedan 1977, tar nu ett signifikant steg med sin tredje generationens digitala POL med dynamisk kompensering i återkopplingsslingan (Dynamic Loop Compensation).
BMR466 är beteckningen på den omvandlarmodul som med en volym av bara 14×25×7 mm leverera 60 A vid 0,6 – 1,8 V ut (1,2 V nominellt). Kortytan är typisk bara halva den kortyta som en konstruktion utförd med diskreta komponenter skulle ta. Det är inte minst betydelsefullt i det fall man skulle vilja parallellkoppla moduler – vilket är möjligt: Åtta moduler kan parallellkopplas för att ge 480 A, om det skulle behövas.
Inspänningsområdet anges till 4,5 till 14 V. Vid halv belastning, 5 V in och 1, 8 V ut, är verkningsgraden 94,4 procent.
I multimodulsystem kan två eller flera BMR466 POL synkroniseras med yttre klocka för att ge fasspridning, vilket innebär minskat rippel och motsvarande minskada krav på kapacitanser och kondensatorförluster.
Den kompakta uppbyggnaden bygger på ett mönsterkort med mängder av symmetriskt utplacerade kontakteringspunkter. Se bilden ovan. Byggsättet kallas LGA, ”Land Grid Array”.

Ökad kylning
Denna, tredje generations POL-moduler, skiljer sig från tidigare generationer i form av bland annat optimerad kylning, med ökat luftflöde och ökad värmeöverföring via anslutningsöarna till underliggande mönsterkort.
Metoden, med anslutningsöar i stället för stift ger ytterligare en fördel: Modulens bygghöjd har kunnat begränsas till bara 7 mm.
Att ersätta stift med en direkt lod-kontaktering mellan modulens och underliggande kretskorts anslutningsöar ger dessutom lägre induktanser, till nytta i EMC-hänseende. Till det kommer att ett stort antal av dessa anslutningsledningar förbinds med kretskortets jordplan.

Optimeras med mjukvara
För varje ny generation av moduler under rubriken ”digital kraft” har Ericsson utökat möjligheterna till att styra modulerna via programvaran Ericsson Power designer (EPD), överförd via PMBus. Funktionen i en modul modifieras med Ericsson mjukvaruverktyg för kraftmoduler, för att en modul skall fungera optimalt där den används. Verkningsgraden kan optimeras för en viss statisk belastning eller en viss belastning under begränsade tidsrymder. Med yttre processorkraft blir det möjligt att optimera dynamiskt, t ex i syfte att kompensera för åldring av kondensatorer och andra komponenter.

– Tidigare har man optimerat varje modul mot maximal verkningsgrad vid en viss belastning. Nu går trenden mot ökad möjlighet till att med hjälp av programvara kunna optimera hela kraftsystem på kretskort, säger Martin Hägerdal, ansvarig för divisionen Power Modules inom Ericsson.
– Programmeringsmöjligheterna ger ökad flexibilitet hos modulerna. De kan snabbare provköras och optimeras i en konstruktion.
Strategiskt ger denna flexibilitet en annan vinst: I många företag försvinner successivt specialkompetensen för att konstruera kraftlösningar, samtidigt som kraven på både komplexitet och egenskaper skärps. Färdiga, programmerbara lösningar är ett framtida alternativ.
Man vinner också ”time-to-market” och flexibiliteten gör att modulerna kan användas i flera applikationer.

Fragmenterad marknad
Ericssons moduler går huvudsakligen till tele- och datakommarknaderna. Försäljningen dit står för 60 procent, medan 30 procent går till industrin och resten, 10 procent, säljs för användning i konsumentprodukter, medicinsk och militär utrustning.
Marknaden för kraftmoduler för ICT är ytterst fragmenterad. Av tusentalet tillverkare har några omkring 10 procents marknadsandel – bland dem Ericsson. De 10 -15 största samlar tillsammans 40 – 50 procent marknadsandel.
Givetvis är en så komplex marknad prispressad. Det är nu längesedan Ericsson lade över sin tillverkning från Kalmar till Kina. Ericsson har egen fabrik i Shanghai. Men man har också back-upp i form av en second-source-tillverkare som tillverkar på kontrakt.
Tillförlitligheten är en mycket viktig faktor med tanke på de marknad som BMR466 vänder sig till. Ericsson garanterar 50 miljoner timmars MTBF.
Under 2014 samarbetar Ericsson med CUI och Murata PS i gruppen AMP. Samarbetet utnyttjas bland annat för korslicensiering och man tillverkar varandras produkter i ett initialskede då en ny produkt introduceras.
Vad betyder då lanseringen av tredje generationens digitala POL-moduler?
– Vi är mycket nöjda med vårt stöd från LM Ericsson-koncernen. Vi har rätt bemanning, finansiell styrka och känner oss nöjda och entusiastiska, sammanfattar Martin Hägerdal.

Filed under: SvenskTeknik