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Renesas Electronics, fournisseur leader de solutions semi-conducteurs avancées, a développé la famille RAA20770X de convertisseurs mini-POL [Note 1] pour les ASIC et autres circuits logiques de forte densité intervenant dans toute une variété de domaines d’applications, comme les ordinateurs personnels, les serveurs, les équipements industriels, la bureautique, ou les équipements réseaux. Les composants de la famille RAA20770X atteignent le plus haut niveau de miniaturisation et de densité d’énergie de l’industrie. Renesas annonce aujourd’hui six de ces composants dotés de différents niveaux de courants d’alimentation et diverses fonctionnalités.

Récemment, le marché des sources d’alimentation a été marqué par deux tendances. La première concerne l’exigence d’une consommation d’énergie réduite. La seconde relève la diversité croissante des sources de tensions requises par des composants dotés de toujours plus de fonctionnalités comme le sont, par exemple, les microcontrôleurs (MCU) et les circuits de type SoC.

Pour satisfaire la première tendance, les nouveaux composants RAA20770X affichent un rendement de conversion très élevé. Lorsqu’ils sont en mode normal de charge mais – environ 90% du temps- ils effectuent des transitions fréquentes et rapides vers un mode faible consommation. Résultat : ces composants contribuent à la réduction globale de l’énergie dissipée par les systèmes.

Pour répondre à la seconde exigence, alors que la surface de montage augmente avec le nombre croissant de sources d’alimentation, la taille des circuits RAA20770X est réduite de 75%, comparée aux précédents produits Renesas. Cette importante réduction de l’encombrement est obtenue grâce à un boîtier WLCSP (wafer-level chip size package) qui est pratiquement de la taille de la puce de silicium qu’il abrite. De plus, la résistance de câblage est fortement diminuée ce qui contribue à un rendement de conversion très élevé. La famille RAA20770X est constituée des premiers composants affichant un tel niveau d’intégration dans un aussi petit boîtier.

Caractéristiques principales des convertisseurs POL de la famille RAA20770X :

1) Contribution à la miniaturisation des systèmes grâce à une surface réduite d’environ 75%

Pour ses composants RAA20770X, Renesas a adopté un boîtier WLCSP (wafer-level chip size package) afin de réaliser des circuits POL (Point Of Load) capables de fournir de grandes quantités de courants tout en affichant un facteur de forme minuscule. Il est ainsi possible de minimiser radicalement les résistances de connexion interne de la puce et du boîtier. Par exemple, pour le RAA207701GBM dont la valeur maximum en courant est 10 A, la taille du boîtier descend à la valeur extrêmement petite de 2,7 x 3,4 mm, soit environ 75% de réduction par rapport aux tailles de boîtiers précédents composants. De plus, la résistance thermique entre la surface du boîtier et la zone de jonction de la puce atteint la valeur ultra faible de 1°C/W, permettant un circuit à haute dissipation thermique assurée par radiateur ou écoulement d’air.

2) Supporte une plus longue durée de vie des batteries

La prochaine génération d’ordinateurs de type « notebook » exigera des fonctions identiques, en termes d’informations et d’acquisitions en mode sommeil (Connected Standby), à celles aujourd’hui fournies par les tablettes et les téléphones cellulaires. Il sera donc nécessaire de limiter au maximum la consommation d’énergie dans ce mode « Connected Standby ». Pour satisfaire cette exigence, les composants de la famille RAA20770X adoptent une méthode de contrôle à largeur d’impulsion constante [Note 2]. Ainsi, dans les modes de faible consommation où le courant de charge est faible, ils atteignent un très bas niveau de consommation d’énergie d’environ 0,5 µW. Un autre avantage de cette méthode de contrôle à largeur d’impulsion constante est que la consommation d’énergie du convertisseur POL peut être réduite en diminuant la fréquence de fonctionnement, atteignant des valeurs aussi faibles que 1,6 mW quand il n’y a pas de charge et 0,5 µW en mode sommeil. Cette méthode assure également un temps de réponse très rapide. Par exemple, même dans le cas de hausses de courant brutales lorsqu’un équipement bascule d’un mode sommeil à un mode opérationnel, le convertisseur peut répondre instantanément en augmentant sa fréquence de fonctionnement.

3) Facilite la conception de sources d’alimentation de haute fiabilité

Les composants de la famille RAA20770X intègrent plusieurs fonctions de protection (dépassements en courant, en tension et protection thermique) requises pour les convertisseurs POL. De ce fait, ces composants permettent la conception de sources d’alimentation sécurisées, d’une grande souplesse, ultra fiables, et demandant un minimum de composants externes. Résultat : un temps de développement plus rapide et un coût en composants réduit. Enfin, la tension de sortie et la fréquence de fonctionnement peuvent être modifiées selon l’application ciblée ; ce qui offre une souplesse maximale pour utiliser ces composants dans une large gamme de systèmes.

4) Supporte la conception de source d’alimentation à tension unique

Les composants RAA207703GBM, RAA207704GBM et RAA207705GBM intègrent un circuit régulateur LDO (low drop-out) 5 V qui permet de fournir la tension de 5 V requise en interne par le contrôleur de la source d’alimentation, éliminant ainsi le besoin d’une source de tension externe. Le système peut ainsi fonctionner en faisant appel à une unique tension. Par exemple : cette unique tension peut être fournie par un rail d’alimentation de 12 V.

Embarquant, sur une seule et même puce, le contrôleur de la source d’alimentation et le circuit pilote du contrôleur, les composants de la famille RAA20770X intègrent également deux MOSFET de puissance [Note 3] qui sont optimisés pour des convertisseurs POL abaissant une tension d’entrée de 5 V ou 12 V à 1 V ou 3,3 V (tensions utilisées par les circuits de forte densité comme les Asic). Par exemple, le circuit RAA207701GBM affiche une valeur de courant maximale de 10 A, et pour 12 V en entrée et 3,3 V en sortie, il peut effectuer une conversion d’énergie à rendement élevé d’une zone de faible courant vers une zone de fort courant ; soit, plus précisément : un rendement de 89% à 10 mA, de 95% à 4 A, et de 92% à 10A. Ce rendement de conversion contribue à réduire la consommation globale d’énergie dans les produits finaux.

Note 1 :

Pour les spécifications principales de la famille RAA20770X de convertisseurs POL, consulter la page séparée.

http://www.renesas.eu