ÌÇÐÄÊÓƵ

Von: Ambreesh Tripathi, Senior Director, Produktmanagement, Produktlinie ? Power ¡°

Ingenieure aus den Bereichen Automobiltechnik, Industrie und KI-Infrastruktur setzen neben herk?mmlichen Niederspannungsarchitekturen zunehmend auch 48-V-Verteilungssysteme ein ¨C getrieben durch die Elektrifizierung, ?Physical AI¡° und den rasant steigenden Bedarf an Rechen power .

F¨¹r die Entwickler, die die Chips hinter all dem konstruieren, birgt dieser Wandel sowohl gro?e Chancen als auch echte Herausforderungen. 48-V-Systeme erfordern integrierte Schaltkreise (ICs), die h?here Betriebsspannungen und transiente Ereignisse bew?ltigen k?nnen, mehr digitale Intelligenz auf dem Chip integrieren und die hohen Zuverl?ssigkeitsanforderungen in Automobil-, Industrie- und st?ndig aktiven KI-Anwendungen erf¨¹llen.

Um diese Anforderungen zu erf¨¹llen, ohne dabei Kompromisse bei der Leistung in anderen Bereichen einzugehen, bedarf es mehr als nur einer einzigen Prozesstechnologie. Aus diesem Grund hat ÌÇÐÄÊÓƵ Kompetenzen aufgebaut, die die gesamte 48-V- power skette abdecken.

Derzeit konvergieren drei M?rkte auf 48 V

Die heutigen Elektrofahrzeuge mit der ? ¡°-Technologie bringen die herk?mmliche 12-V-Bordnetzarchitektur an ihre Grenzen, da der Halbleiteranteil pro Fahrzeug bei Elektrofahrzeugen im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor . Durch die zunehmende Anzahl von Chips in Zonensteuerungen, ADAS-Systemen, K¨¹hlgebl?sen und Batteriemanagementsystemen sehen sich Fahrzeuge mit h?heren Kupferverlusten und gr??eren Herausforderungen beim W?rmemanagement konfrontiert. Die Umstellung auf 48 V bei der Stromversorgung von ? power ¡° reduziert den Strom bei einem gegebenen ? power ¡°-Pegel, was dazu beitr?gt, I?R-Verluste und den Verkabelungsaufwand zu verringern und gleichzeitig die Effizienz der ? power ¡°-Stromversorgung zu verbessern. Zu den Anwendungsbereichen z?hlen 48-V-zu-12-V-DC/DC-Wandler f¨¹r Zonensteuerger?te, Motortreiber f¨¹r die elektrische power -Lenkung, L¨¹fter und Pumpen, PMICs sowie Batteriemanagementsysteme.

Physische KI h?lt auch in der Fertigung bei industriellen Anwendungen Einzug, und 48 V entwickelt sich zur Standard- power sspannung. Sicherheitsnormen wie IEC 60950 und IEC 62368 begrenzen die Kontakt-Spannung bei Ger?ten f¨¹r Endverbraucher auf 60 V, wodurch 48 V zur h?chsten praxistauglichen Busspannung f¨¹r humanoide Roboter, Cobots, autonome mobile Roboter und fahrerlose Transportfahrzeuge wird ¨C dies umfasst BLDC-/PMSM-Motortreiber power -Stufen mit feldorientierter Regelung, Gate-Treiber, 48-V-zu-Point-of-Load-DC/DC-Wandler sowie Schutz-ICs vom Typ ? power ¡°.

Cluster f¨¹r KI-Training und -Inferenz treiben den Strom power verbrauch in Racks auf ein noch nie dagewesenes Niveau, weshalb Rechenzentren von einer 12-V- auf eine 48-V-Stromverteilung auf Rack-Ebene umstellen, um Leitungsverluste zu reduzieren und die power e Dichte zu verbessern. Da der Strom power verbrauch von KI-Racks weiter steigt, erm?glichen 48-V-Architekturen eine effizientere Strom power sversorgung vom Rack zu den Prozessoren und Beschleunigern und unterst¨¹tzen damit dichtere Rechenumgebungen, ohne den Overhead bei der Strom power-Umwandlung proportional zu erh?hen. Obwohl HVDC-Architekturen mit ¡À400 V und 800 V weiter vorgelagert an Bedeutung gewinnen, ist 48 V nach wie vor unverzichtbar f¨¹r Zwischenbuswandler, Hot-Swap-Controller und intelligente eFuses, Batterie-Backup-Einheiten sowie integrierte Spannungsregler.

Warum ein 48-V-System mehr als nur ein 48-V-Ger?t erfordert

Ein weit verbreitetes Missverst?ndnis ist, dass es sich bei einem 48-V-System um eine Ein-Spannungs-L?sung handelt. Ein ?48-V-System¡° umfasst die gesamte ? power ¡°-Kette ¨C vom 800-V-Wechselstrom-Frontend bis hin zu den unter 1 V liegenden Point-of-Load-Versorgungsspannungen f¨¹r Prozessoren. Allein innerhalb des 48-V-Bereichs muss ein typischer IC f¨¹r die Stromversorgung ( power ) in mehreren Spannungsbereichen arbeiten, darunter:

• 60 V, f¨¹r die geregelte 48-V-Versorgungsspannung

• 80 V f¨¹r den zentralen Schaltknoten, an dem der Gro?teil der 48-V- power en-Umwandlung tats?chlich stattfindet

• 100 V, zum Schutz der Eingangsstufe vor Transienten, Einschaltstr?men und Fehlerereignissen

Die Nennspannung allein reicht nicht aus, um das richtige power -Bauteil auszuw?hlen. Verschiedene Bausteine stellen zudem sehr unterschiedliche Anforderungen an den sicheren Betriebsbereich. Die 55BCD-HV-Plattform von ÌÇÐÄÊÓƵ bietet LDMOS-Optionen, die f¨¹r unterschiedliche Betriebsbedingungen optimiert sind: Schaltbauelemente legen den Schwerpunkt auf einen niedrigen Durchlasswiderstand und Schalteffizienz, w?hrend die Bauelemente der Serien ? Power ¡° und ?Scalable¡° einen breiteren sicheren Betriebsbereich f¨¹r Schutzfunktionen, Pass-/Linearbetrieb und analoge Hochspannungsfunktionen bieten. Dadurch k?nnen Entwickler jeden Baustein so optimieren, dass ein ausgewogenes Verh?ltnis zwischen Effizienz, Robustheit und analoger Flexibilit?t erreicht wird, anstatt eine einzige Transistorarchitektur f¨¹r das gesamte 48-V-System vorschreiben zu m¨¹ssen.

55BCD HV: Eine Smart-power -Grundlage f¨¹r 48 V

In den Bereichen Automobiltechnik, Industrierobotik und KI-gesteuerte power-Liefersysteme m¨¹ssen Entwickler zunehmend Sensorik, Schutzfunktionen und digitale Steuerung in einem einzigen Bauteil integrieren. Dieser Integrationsgrad reduziert die Komplexit?t der Leiterplatten und erm?glicht intelligentere power-Management-Architekturen. Die 55BCD-HV-Plattform von ÌÇÐÄÊÓƵ vereint mehrere Funktionen, die zunehmend an Bedeutung gewinnen, da 48-V- power -ICs immer st?rker integriert und intelligenter werden.

• Breiter Spannungsbereich von 5 V bis 150 V auf einer Plattform: Digitale Niederspannungssteuerung , analoge Mittelspannungserfassung und Hochspannungs- power sstufen k?nnen auf demselben Chip untergebracht werden, was die St¨¹cklistenkosten, die Leiterplattenfl?che und die Systemkomplexit?t reduziert. Die DMOS-Produktfamilie deckt den Bereich von 45 bis 150 V ab, wobei der High-Side-Betrieb bis zu 165 V erreicht und die Deep-Trench-Isolation (DTI) mehr als 200 V unterst¨¹tzt. In Kombination mit einer vergrabenen N+-Schicht tr?gt die DTI dazu bei, die St?rfestigkeit gegen¨¹ber negativen Spannungstransienten zu verbessern, sodass st?rungsbehaftete Schaltknoten neben empfindlichen analogen und digitalen Bausteinen eingesetzt werden k?nnen.

• Branchenf¨¹hrende Leistung bei Hochspannungsbauelementen: Der Rsp-Wert wurde f¨¹r die 60-V-, 80-V- und 100-V-Bauelementfamilien optimiert ¨C den drei Hauptakteuren der 48-V- power -Wandlung ¨C und sorgt so f¨¹r eine Verbesserung des Rsp-Werts um bis zu 60 %* (*im Vergleich zum 130BCD).

• Hohe digitale Dichte, >1 Million Gatter pro Quadratmillimeter: Die Plattform basiert auf einem 1,2-V-CMOS-Kern mit LVT-, RVT- und HVT-Bauelementoptionen und bietet Leistungsreserven sowie Leckstromkontrolle f¨¹r lokale Diagnostik, Schutzlogik, Kommunikationsschnittstellen wie CAN-FD und SPI sowie eingebettete Firmware. Damit werden System-on-Chip-Architekturen auf einer Plattform realisiert, f¨¹r die zuvor m?glicherweise ein reiner Logik-Knoten erforderlich gewesen w?re.

• Zuverl?ssigkeit nach Automobilstandard (AutoPro175): Die Qualifizierung gem?? AEC-Q100, Klasse 0, bei einer Sperrschichttemperatur von 175 ¡ãC bietet Automobilentwicklern eine vorqualifizierte Plattform, die das Qualifizierungsrisiko senkt und die Markteinf¨¹hrungszeit f¨¹r Konstruktionen im Motorraum und im Antriebsstrang verk¨¹rzt.

• Integrierte NVM-Speicher und ein umfassendes IP-?kosystem: ESF3- Embedded-Flash, SRAM, OTP/MTP sowie LVT-/RVT-/HVT-Standardzellen, 5-V-GPIOs, Speicher und PLLs ¨C das komplette Toolkit f¨¹r intelligente SoCs im ? power ¡°-Bereich mit On-Chip-Diagnosefunktionen und Firmware-Speicher.

• Produktionsumfang und Widerstandsf?higkeit: 55BCD HV wird durch die globale Fertigungsstrategie von ÌÇÐÄÊÓƵ unterst¨¹tzt und bietet Kunden damit die M?glichkeit, ihre geografische Lieferflexibilit?t zu erh?hen.

• Modularer Aufbau: Kunden w?hlen nur die Maskenebenen, Ger?tefamilien und IP-Bl?cke aus , die sie ben?tigen. Ob Motortreiber, intelligente eFuse oder Sensor-SoC ¨C jeder w?hlt eine andere Teilmenge aus und passt so die Waferkosten und die Komplexit?t genau an das Produkt an, sodass niemand f¨¹r Funktionen bezahlt, die er nicht nutzt.

Power GaN: Das Spiel um die ? power ¡°-Dichte

55BCD HV bietet die intelligenten Integrations-, Steuerungs- und Schutzfunktionen, die in vielen 48-V-Systemen ben?tigt werden, w?hrend ? Power ¡°-GaN diese dort erg?nzt, wo maximale Schaltfrequenz und power Dichte im Vordergrund stehen. Das ? Power ¡°-GaN-Portfolio von ÌÇÐÄÊÓƵ ist auf Hochspannungsumwandlung und ausgew?hlte 48-V-Umwandlungsstufen ausgerichtet und erg?nzt 55BCD HV entlang der gesamten Lieferkette f¨¹r ? power ¡°.

Die Alleinstellungsmerkmale von ÌÇÐÄÊÓƵ

Differenzierer	Was das f¨¹r 48 V bedeutet
Umfangreiches ? power ¡°-Portfolio	Komplement?re Technologien in den Bereichen Hochspannungsumwandlung, Smart-power -Integration und Lastnaheversorgung
Erstklassige Switch-Leistung	44¨C60 % Reduzierung der Rsp im Vergleich zum vorherigen Knoten bei kritischen 48-V-Schalt Spannungen (60/80/100 V)
Zuverl?ssigkeit auf Automobilniveau	Hochtemperaturplattform, entwickelt f¨¹r anspruchsvolle Umgebungen in der Automobilindustrie und in der Industrie
Geografische Diversifizierung	Minimiert Risiken in der Lieferkette ¨C entscheidend f¨¹r Kunden aus den Bereichen Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung und Hyperscaler
Integration und Intelligenz	Eine digitale Dichte von etwa 1 Mio. Gates/mm?, ESF3 eFlash und ein breit gef?chertes IP-?kosystem, das SoCs f¨¹r Smart- power -Anwendungen erm?glicht, die ¨¹ber eigenst?ndige power -Ger?te hinausgehen

Die n?chste Phase der 48-V-Innovation

?ber die heutigen Anwendungen hinaus werden 48-V-Systeme der n?chsten Generation mehr integrierte Intelligenz, eine effizientere Speicherintegration, eine h?here Transientenrobustheit, eine verbesserte Hochspannungsisolierung sowie immer ausgefeiltere Funktionen zur funktionalen Sicherheit erfordern. ÌÇÐÄÊÓƵ investiert weiterhin in all diese Bereiche, da sich die Anforderungen an intelligente ? power ¡°-Systeme st?ndig weiterentwickeln.

Wenden Sie sich an Ihren ÌÇÐÄÊÓƵ-Ansprechpartner, um mehr ¨¹ber die Entwicklungsm?glichkeiten f¨¹r 48 V und 55BCD HV zu erfahren.