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Aktive EMI-Eingangsfilter für PICMG® 3.0-konforme AdvancedTCA-Anwendungen
Der AdvancedTCA (oder ATCA)-Standard, der 2001 verabschiedet wurde, legte neue Leistungsanforderungen fest, um die Systemzuverlässigkeit zu verbessern. Picor entwickelt Produkte, die mit den PICMG ® 3.0 Standards übereinstimmen.
Ein Beispiel für eine ATCA-Anwendung, für die Picor ein Design entwickelt, sind serielle schnelle E/A für einen 10-Gps-Hub und ein fortschrittliches Mezzanine-Carrier-Blade; die Leistungsaufnahme beträgt -48 V (36-75 V) und etwa 210 W bei voller Konfiguration. Der Leistungsbedarf erfordert eine unabhängige DC-DC- und Filterung auf jedem Blade, um die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems zu erhöhen. Die aktiven EMI-Filter von QPI bieten eine leitungsgebundene Gleichtakt- und Gegentaktdämpfung von 150 kHz bis 30 MHz (CISPR22-Bereich). Der proprietäre aktive Filterschaltkreis bietet eine hervorragende Dämpfung bei niedrigen Frequenzen, um die Grenzwerte der EN-Klasse B, einschließlich PICMG ® 3.0 für ATCA-Boards, zu unterstützen.
ATCA-Blades mit einer verfügbaren Leiterplattenfläche von nur 140 in 2 können leicht überfüllt werden. Ein aktiver EMI-Eingangsfilter ist weniger als halb so groß wie die meisten passiven Lösungen. Bei einem ATCA-Blade im Wert von 12.000 $ spart ein QPI-Filter beispielsweise etwa 85 $ an Leiterplattenfläche. Die Integration des EMI-Filters mit Hot-Swap spart sogar noch mehr Platz und gibt den Entwicklern mehr Raum für FPGAs und ASICs.
Verwendete Produkte:
BCM™-Buskonverter von Vicor
Der PRM™-Regler und der VTM™-Stromvervielfacher von Vicor
Langlebiger V-I-Chip-Antriebsstrang für Hochleistungsprojektoren
Moderne Projektortechnologien sind wesentlich vielseitiger als alte Diaprojektoren und ermöglichen die Anzeige von Bildern, Videos und sogar Daten mit hoher Klarheit, Helligkeit und sogar Tragbarkeit. Die Flüssigkristallprojektions-Technologie beispielsweise hat ein Kontrastverhältnis von 3000 zu 1. Bei dieser Technologie werden drei LCD-Panels als Prismen
um volle Farbe zu erzeugen.
Der Trend auf dem Markt für mobile Projektionen geht zu kleineren, aber leistungsfähigeren Projektoren. Ein Kunde von Vicor nutzte die kleine Baugröße und den hohen Wirkungsgrad unserer V-I-Chip-Komponenten, um die LEDs in seinen kompakten, fortschrittlichen Projektoren zu betreiben, die für Anwendungen wie hochauflösende Bildgebung und Bewegungssimulation entwickelt wurden.
Im Design des Kunden lieferte ein diskretes PFC-AC-DC-Frontend nominal 384 Vdc an zwei parallel geschaltete 384 Vin - 48 Vout BCM-Bus-Wandler. Der 48-V-Bus ermöglichte es dem Kunden, Leitungsverluste zu reduzieren und PRM-Regler- und VTM-Stromvervielfacherkombinationen mit jeweils 200 W zu verwenden, um die drei verschiedenen Spannungsschienen für rote, grüne bzw. blaue LEDs einzurichten. Die V-I-Chip-Module sorgten für eine enge Lastregelung für Vout und ein sehr schnelles Einschwingverhalten für gepulste Lasten.
Unter Automatisierung versteht man den Einsatz von Steuerungssystemen (z. B. numerische Steuerungen, speicherprogrammierbare Steuerungen und andere industrielle Steuerungssysteme) in Verbindung mit anderen Anwendungen der Informationstechnologie (z. B. computergestützte Technologien [CAD, CAM, CAx]) zur Steuerung von Industriemaschinen und -prozessen, wodurch der Bedarf an menschlichen Eingriffen verringert wird. Im Rahmen der Industrialisierung ist die Automatisierung ein Schritt über die Mechanisierung hinaus. Während die Mechanisierung den Menschen Maschinen zur Verfügung stellte, die sie bei der Bewältigung der physischen Anforderungen der Arbeit unterstützten, reduziert die Automatisierung den Bedarf an menschlichen sensorischen und mentalen Anforderungen erheblich. Auch Prozesse und Systeme können automatisiert werden.
Unser Kunde ist ein Anbieter von - neben anderen Produkten und Dienstleistungen - vertikal integrierten Lösungen für die Elektronikfertigung. In dieser Anwendung wird ein robuster eingebetteter Computer für ein industrielles Automatisierungssystem verwendet, das letztlich als Teil eines Schutzsystems für ein Kernkraftwerk eingesetzt wird.
FlatPAC-EN ist ein robuster, EN-konformer AC/DC-Umschalter mit automatischer Umschaltung, der die MIL-STD-810E-Anforderungen für Vibrationen erfüllt. Eine weitere wichtige Anforderung an die Stromversorgungslösung war die Erfüllung der Oberschwingungsstrombestimmungen der EN61000-3-2. Seit einigen Jahren wird die Einhaltung der EN61000-3-2 gefordert, um in der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft tätig werden zu können. Der FlatPAC erfüllt in der Tat die Grenzwerte für Oberschwingungsströme nach EN61000-3-2 und erfüllt darüber hinaus - was für diese Anwendung sehr wichtig ist - die Grenzwerte für schnelle Transienten/Bursts nach EN61000-4-4 und die Störfestigkeit gegen Überspannungen nach EN61000-4-4. Was die leitungsgebundene EMI betrifft, so entspricht der FlatPAC auch der FCC Klasse A und B und EN55022, Klasse A und B.
Konstrukteure von Stromversorgungssystemen für Rechenzentren oder anderen Anlagen, die eine Systemverfügbarkeit von 99,999 % anstreben, können eine sehr hohe Systemzuverlässigkeit erreichen, indem sie Redundanz und Fehlertoleranz in die Stromversorgungsarchitektur einbauen. Um das System fehlertolerant zu machen, müssen an jedem Stromversorgungsknoten, an dem ein Fehler auftreten könnte, Schutzschaltungen wie ORing- und Lasttrennungsfunktionen hinzugefügt werden. Die Verwendung von ORing-Dioden - die einen konstanten Durchlass-Spannungsabfall haben - führt zu unerwünschten Leistungsverlusten und Herausforderungen beim Wärmemanagement. MOSFETs - die einen viel kleineren Innenwiderstand (RDS(on)) aufweisen - haben wesentlich geringere Leitungsverluste und sind im Allgemeinen viel kleiner, während sie gleichzeitig den Bedarf an übermäßigem Wärmemanagement reduzieren.
Bei der Auswahl von Fehlerschutzlösungen muss ein Ingenieur die Geschwindigkeit, Effizienz und Größe des Geräts sowie Überlegungen zum Wärmemanagement berücksichtigen. Effizienz und thermische Überlegungen werden kritischer, wenn die Stromstärke hoch ist.
In einer Anwendung wie einem Rechenzentrum muss ein Stromversorgungsdesigner in der Regel in der Lage sein, eine hohe Spannung umzuwandeln, beginnend mit einer leistungsfaktorkorrigierten Wechselstromquelle, und in mehreren Stufen herunterzuwandeln, um schließlich auf 1,x Volt an der Last (für den Prozessor) zu kommen. Picor ORing- und Lasttrennschalterlösungen können im Stromversorgungssystem ab dem 48-V-Umwandlungsknoten und dann für jeden niedrigeren Spannungsknoten bis zur 1,x-V-Last eingesetzt werden.
Die Cool-ORing™- und Cool-Switch™-Lösungen von Picor sind sowohl als diskrete Hochgeschwindigkeits-Controller-ICs als auch als voll funktionsfähige aktive ORing-Lösungen erhältlich. Vollfunktionslösungen kombinieren den Hochgeschwindigkeits-Controller mit MOSFETs mit niedrigem Durchlasswiderstand in sehr dichten 5 mm x 7 mm oder 7 mm x 8 mm großen, thermisch optimierten LGA-Gehäusen. Beide Lösungen bieten ein sehr schnelles dynamisches Ansprechen, typischerweise innerhalb von 160 ns auf einen Fehlerzustand der Stromquelle auf Systemebene. Die Vollfunktionslösungen sind extrem klein, haben eine hohe Dichte und bieten eine sehr geringe Verlustleistung mit typischen Durchlasswiderständen zwischen 1,5 mΩ und 8,5 mΩ.
Ein Router ist ein Netzwerkgerät, dessen Software und Hardware in der Regel auf die Aufgaben des Routings und der Weiterleitung von Informationen zugeschnitten sind. Das beste Beispiel für eine Router-Anwendung ist das Internet, wo Informationen von Routern auf verschiedene Pfade geleitet werden. Router bestehen aus einem Puffer zur Speicherung von Datenpaketen und einer oder mehreren Schnittstellenkarten für die Weiterleitung von Datenpaketen und einer Verarbeitungsmaschine. Edge-Router bieten einen authentifizierten Zugang zu schnelleren, effizienteren Backbone- und Kernnetzen. Der Trend geht dahin, das Edge-Gerät intelligenter und das/die Kerngerät(e) "dumm und schnell" zu machen, so dass Edge-Router häufig über Quality of Service (QoS) und Multi-Service-Funktionen zur Verwaltung verschiedener Arten von Datenverkehr verfügen.
Entwickler von Multifunktions-Edge-Routern oder anderen High-End-Kommunikationsnetzwerken wählen die Komponenten oft nach Leistung und/oder Platzersparnis aus, denn die Platzersparnis ermöglicht es ihnen, mehr Funktionen hinzuzufügen. Aktive Filter von Picor bieten sowohl eine höhere Leistung durch bessere Rauschunterdrückung als auch eine Platzersparnis. Unser Kunde hatte Linecards für einen Edge-Router der nächsten Generation entwickelt, und das Design wurde immer platzbeschränkter. Die neue Plattform musste Platz für weitere FPGAs und ASICs schaffen. Ein Bereich, in dem man der Meinung war, dass man etwas Platz auf der Platine zurückgewinnen könnte, ist das Stromversorgungssystem. Das Unternehmen hatte bereits einen bevorzugten DC-DC-Anbieter, den es beibehalten wollte, so dass alle Änderungen, die es vornahm, mit diesem Gerät kompatibel sein mussten. Der Leistungsbus betrug -48 V bei 150 W. Der Kunde bewertete einen QPI-Filter von Picor und stellte fest, dass der Filter es ihm ermöglichte, EMI mit ausreichendem Spielraum unter Verwendung seines bevorzugten DC-DC-Wandlers durchzulassen; und was für den Entwickler noch wichtiger war, der Filter war kleiner als die alte Lösung. Der Filter wurde in das Design integriert und wird nun für zukünftige Designs in Betracht gezogen.
Die Quanteninformatik, eine neue Art der Datenverarbeitung, wird digitale Computer in absehbarer Zukunft wahrscheinlich nicht ersetzen. Anstatt zwei Zustände zu verwenden, 0 und 1, ein oder aus, kann der Quantencomputer sowohl 0 als auch 1 gleichzeitig verwenden, und alle Punkte dazwischen, was auch immer das bedeutet. Und anstatt eine Berechnung nach der anderen durchzuführen, kann der Quantencomputer viele Berechnungen auf einmal ausführen. Berechnungen mit Quantenbits (Qubits) sind bereits durchgeführt worden, obwohl die Anzahl der beteiligten Qubits bisher recht klein war. Es wird vorausgesagt, dass die erreichbare Leistung von Quantencomputern astronomisch sein wird und weit über die der heutigen Supercomputer hinausgeht, d. h. millionenfach höher ist. Eine offensichtliche Anwendung für einen solchen Computer wäre die Kryptographie, das Verschlüsseln und Entschlüsseln von Nachrichten. Es wurde darauf hingewiesen, dass, wenn es heute einen solchen Computer gäbe, alles im Internet angreifbar oder zugänglich wäre.
Der Kunde Vicor arbeitet an der Entwicklung einer solchen Maschine und hat bereits einige Erfolge bei dreistelligen Qubits erzielt. Ihr Ansatz verwendet supraleitende Elektronik für ihren Chip, der bei extrem niedrigen Temperaturen in einem magnetischen Vakuum arbeitet. Die Elektronik bei Raumtemperatur steuert die analogen, digitalen und Stromleitungen des Chips. Die Elektronik muss sehr rauscharm sein, damit sie die Quantenberechnung nicht stört. Für die Stromversorgung der Raumtemperatur-Elektronik wird ein AC-DC-Netzteil von Vicor PowerBank verwendet.
Das PowerBank-Netzteil erfüllt die Anforderungen der EN55022, Klasse A, für leitungsgebundenes Rauschen von 150 kHz bis 30 MHz. Es hat einen Eingangsspannungsbereich von 90 - 264 Vac und verfügt über sechs Ausgänge von 4,5, 4,5, 6, 6, 6, 6; die Gesamtleistung beträgt 1.500 W.
Ein robuster, widerstandsfähiger Computer ist ein Computer, der speziell für den zuverlässigen Betrieb in rauen Einsatzumgebungen und -bedingungen wie starken Vibrationen, extremen Temperaturen und nassen oder staubigen Bedingungen ausgelegt ist. Sie wurden von Anfang an für den rauen Einsatz unter diesen Bedingungen konzipiert; kommerzielle Geräte, die für diesen Zweck aufgerüstet wurden, sind ein schlechter Ersatz. Es gibt viele Arten von robusten Computern, wie z. B. eigenständige Tisch- oder Schreibtischgeräte, Rackmount-Systeme, Laptops, PDAs, tragbare Systeme und spezielle Ausführungen für die vorgesehene Installation.
Ein Hersteller von robusten PCs für die Öl- und Gas- sowie die Militärindustrie stellte bei der Neukonzeption und Aktualisierung seiner Produkte fest, dass er Netzteile mit mehr Leistung als die bisherigen Designs benötigte. Diese hochentwickelten PCs werden zur Automatisierung, als Benutzeroberfläche und als Befehls- und Kontrollzentrum am Angriffspunkt eingesetzt. Alle Computer verfügen über vollständig abgedichtete Gehäuse und effiziente Kühlkanäle und Kühlrippen von innen nach außen.
Neben der höheren Leistung waren Effizienz, Kosten und Größe die treibenden Faktoren für neue Designs. Das Netzteil hatte einen 300-V-Eingang und drei Ausgänge. Die Gesamtleistung betrug 250 W, aufgeteilt auf die drei Ausgänge: 12 V bei 50 W, 3,3 V bei 100 W und 5 V bei 100 W. Die Lösung bestand aus einem VI-ARM mit Überbrückungskondensator, einem Mini für den 3,3-V-Ausgang und je einem Micro für die 5-V- und 12-V-Ausgänge.
Eine wichtige Anforderung war, dass die Lösung vergossen werden musste. Das von Vicor entwickelte Spin-Fill-Verfahren gewährleistet eine vollständig hohlraumfreie Verkapselung, so dass diese Wandler auch für die rauesten Umgebungen geeignet sind - perfekt für diese Anwendung.
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