Man kauft den TDM22545DXUMA1 aus einem einzigen Grund: Er fasst zwei vollständige Buck-Phasen, Induktivitäten inklusive, in ein 10 × 9 mm großes Gehäuse, sodass eine Versorgungsschiene, die sich sonst über das gesamte Board erstreckt hätte, auf eine Reihe von Modulen neben dem Sockel zusammenschrumpft. Diese Bauteildichte ist das ganze Versprechen. Gleichzeitig ist sie der Punkt, an dem der Kompromiss beginnt: Sobald Infineon die Induktivität ins Gehäuse verlegt, verliert man die Wahl über deren Ausführung. Diese Entscheidung für dieses Bauteil ist also eine Entscheidung darüber, wie viel des eigenen Schaltungsentwurfs man abzugeben bereit ist.

Was man in der Hand hält

Kein Wandler. Eine Leistungsstufe.

Der TDM22545D enthält zwei intelligente Leistungsstufen, jeweils ein Paar OptiMOS-6 High- und Low-Side-MOSFETs mit Gate-Treiber sowie On-Chip-Strom- und Temperaturmessung, dazu die beiden Induktivitäten und die Entkopplung für die betreffenden Phasen. Es gibt keine Regelschleife. Der Baustein nimmt ein 3,3 V Tri-State-PWM-Signal und wartet darauf, dass ein externer Mehrphasenregler ihm Befehle gibt. DigiKey führt ihn unter “PoL DC-DC-Wandler”, was dazu verleiten kann, ihn einfach einzusetzen und eine geregelte Versorgungsschiene zu erwarten. Das funktioniert nicht. Ohne vorgeschalteten Regler tut er nichts.

Diese eine Tatsache verändert die Stückliste grundlegend, denn der Regler wird damit zu einem zweiten Entwurfsproblem direkt neben diesem hier, und die Phasenanzahl, die man zu wählen hat, ist dort angesiedelt, nicht in diesem Baustein.

Die Zahl, die falsch gelesen wird

Zweiphasig, 140 A. Wer das falsch liest, dimensioniert die Schiene auf eine Grenze, die es so nicht gibt.

Siebzig Ampere. Das ist die thermisch verwaltete Dauerbelastbarkeit pro Phase, mit einem Spitzenwert von 160 A. Die 140 A sind schlicht zwei dieser Werte addiert. Bei der Berechnung, wie viele solcher Module eine Versorgungsschiene benötigt, teilt man den gesamten Kernstrom durch die 70 A pro Phase, berücksichtigt die Derating-Faktoren für die abführbare Wärme und zählt erst dann die Module. Wer 140 A als einen nutzbaren Gesamtblock betrachtet, entwirft mit zwei Phasen zu wenig gegenüber dem, was das Silizium leisten kann.

Warum die integrierte Induktivität ein zweischneidiges Schwert ist

Dieser Aspekt verdient mehr als einen Satz, denn die Induktivität ist zugleich der Hauptgrund, dieses Modul zu bevorzugen, und der Hauptgrund, davon Abstand zu nehmen, und welcher Grund überwiegt, hängt vollständig von einer Versorgungsschiene ab, die bislang noch nicht beschrieben wurde.

Zunächst zu dem, was die Integration einbringt. Eine Induktivität ist kein neutrales Bauteil, das man am Ende einfach anflanscht. Ihre Wicklungsverluste, das Kernmaterial, die Wärmeabgabe und das Rauschen, das sie gemeinsam mit dem Schaltknoten bildet, sind eng mit den sie speisenden MOSFETs verknüpft. Wer eine Phase aus einem diskreten DrMOS und einer separaten Induktivität aufbaut, muss dieses Zusammenspiel sorgfältig gestalten: das Schaltknoten-Layout, den Thermopfad unter der Induktivität, die Abstimmung der Regelschleife um sie herum. Infineon leistet diese Arbeit einmalig, innerhalb eines dafür ausgelegten Gehäuses, und liefert das Ergebnis fertig aus. Die Induktivitäten hier sind für eine Schaltfrequenz zwischen 600 kHz und 1,2 MHz gewickelt, das ist der Bereich, in dem dieses Modul das Transienten-Verhalten gegen den Wirkungsgrad abwägt, so wie es seine Entwickler vorgesehen haben. Wer in diesem Bereich bleibt, übernimmt eine Leistungsstufe, deren Verhalten bereits optimiert wurde.

Nun zur Kehrseite derselben Entscheidung. Der Induktivitätswert ist unveränderlich im Metall gegossen. Das Silizium schaltet bis zu 2 MHz, wenn der Regler es verlangt, doch die Induktivität wurde nicht für diesen Bereich gewickelt. Wer über 1,2 MHz hinausgeht, betreibt gute MOSFETs durch ein magnetisches Bauteil, das nicht mehr dazu passt, und zahlt in Form von Wirkungsgrad und Welligkeit dafür. Ein Austausch gegen etwas Besseres ist nicht möglich. Hat die Versorgungsschiene einen Grund, außerhalb dieses Frequenzfensters zu arbeiten, eine schärfere Transienten-Spezifikation, ein EMV-Konzept, das einen bestimmten Schaltpunkt erfordert, ein anderes Welligkeit-Ziel, so entzieht dieses Modul stillschweigend den entsprechenden Freiheitsgrad. Ein diskreter Entwurf behält ihn.

Die integrierte Induktivität ist also weder ein Feature noch eine Einschränkung. Sie ist ein und dieselbe Sache, aus zwei verschiedenen Versorgungsschienen betrachtet.

Modul oder diskreter DrMOS

Das ist die eigentliche Frage hinter der Teilenummer, und eine Lagerseite wird sie nie beantworten.

Man wählt das Modul, wenn Platzbedarf und Zeitplan die treibenden Einschränkungen sind: viele Phasen rund um einen KI-Beschleuniger oder eine Server-CPU, zu wenig Platz, zu wenig Zeit, um ein diskretes Hochstrom-Layout zu perfektionieren, und eine Leistungsstufe, der man beim ersten Prototyp vertrauen muss. Genau dafür wurde dieses Bauteil entwickelt, in diesem Fall rechtfertigen die Dichte und das vorab gelöste Layout ihren Aufpreis.

Man wählt den diskreten Weg, wenn man den Freiheitsgrad bei Frequenz und Induktivität benötigt, den das Modul wegnimmt, oder wenn die Stückzahl so hoch ist, dass der Stückkostenunterschied zwischen einem Modul und nackten MOSFETs plus Induktivität sich zu echtem Geld summiert.

Auch bei der Strommessung spricht einiges für das Modul. Die Stromerfassung erfolgt über einen MOSFET-Stromspiegel-Ausgang bei 5 µA/A, kein aus der Induktivitäts-DCR oder dem R_DS(on) abgeleiteter Wert. Diese indirekten Methoden stützen sich auf Parameter, die mit der Temperatur driften und von Exemplar zu Exemplar streuen. Ein Stromspiegel ist präziser, und in einer Mehrphasenschiene bedeutet höhere Messgenauigkeit, dass die Phasen den Strom gleichmäßig teilen, anstatt dass eine Phase heiß läuft, während die benachbarten entlastet sind; außerdem macht sie den zyklischen Überstromschutz zu einem verlässlichen Wert.

Designintegration

Zwei voneinander unabhängige Aspekte entscheiden darüber, ob dieses Design funktioniert, und keiner davon steht in der Spezifikationstabelle.

Der erste Aspekt ist der Regler. Die 3,3 V Tri-State-PWM-Schnittstelle sowie die Strom- und Temperatur-Telemetrie sind dafür ausgelegt, einen digitalen Mehrphasenregler zu versorgen, entweder einen eigenen von Infineon oder einen kompatiblen Drittanbieter-Regler. Dieser legt die Phasenanzahl fest, schließt die Regelschleifen und liest die phasenspezifische Sensorik aus. Er muss im gleichen Atemzug wie das Modul ausgewählt werden, nicht im Nachgang.

Der zweite Aspekt ist die Wärme, und das ist die Einschränkung, die beißt. Auf einer Fläche von der Größe eines Fingernagels werden bis zu 140 A umgewandelt. Ob das Bauteil seine Nennwerte erreicht oder weit darunter deratiert, hängt von der verlegten Kupferfläche, den darunter gestickten Durchkontaktierungen, der Luftbewegung und den verfügbaren Kühlmöglichkeiten ab. Das ist kein Schritt, der am Ende eines ansonsten fertigen Layouts erledigt wird. Er ist das Layout.

Ein ehrlicher Hinweis zur Dokumentationslage: Was Infineon öffentlich bereitstellt, ist ein sechsseitiges Kurzdatenblatt, das bei Merkmalen, Bestellung und Gehäuse endet. Die vollständigen elektrischen Kenndaten, die LG-MLGA-72-Pinbelegung und der Anwendungsschaltplan sind darin nicht enthalten. Bevor Kupfer verlegt wird, sollte man das vollständige Datenblatt und die Dokumentation des Reglers beschaffen und Pinbelegung, PWM-Timing, Messskala und Referenzschaltung damit abgleichen. Das Kurzdatenblatt hilft bei der Bauteilauswahl, für das eigentliche Design reicht es nicht.

Verwandte Bauteile

Der TDM22545T ist dasselbe zweiphasige 140-A-Modul, jedoch mit einer TLVR-Induktivität anstelle einer herkömmlichen, ausgelegt für Trans-Induktor-Designs, die das schnellstmögliche Transienten-Verhalten anstreben. Wer keine TLVR-Schiene aufbaut, wählt die D-Variante.

Lässt man die integrierte Induktivität weg, ist man zurück im DrMOS-Bereich, unter anderem mit Infineons TDA21xxx und TDA22xxx Einphasen-Leistungsstufen, die Flexibilität bei Induktivität und Frequenz bieten, dafür aber die Integration selbst erfordern.

Wer sich über Anbieter hinweg umsieht, sollte ausschließlich Vergleiche auf Basis von Phasenanzahl, Strom pro Phase, integrierter Induktivität, TLVR-Eignung und Reglerkompatibilität anstellen, alle anderen Kriterien führen in die Irre.

Häufig gestellte Fragen

Sind 140 A pro Phase oder insgesamt?

Insgesamt, über zwei Phasen. Jede Phase ist mit 70 A Dauerstrom und einem Spitzenwert von 160 A ausgelegt.

Kann er eine Versorgungsschiene eigenständig regeln?

Nein. Er ist eine Leistungsstufe und benötigt einen externen Mehrphasenregler an seinem PWM-Eingang.

Worin unterscheidet er sich von einem DrMOS?

Ein DrMOS integriert Treiber und MOSFETs. Dieses Modul ergänzt darüber hinaus die Induktivitäten und Entkopplung für zwei Phasen sowie die Strom- und Temperaturerfassung.

Kann ich die Induktivität wechseln oder das Modul deutlich außerhalb von 600 kHz bis 1,2 MHz betreiben?

Die Induktivität ist fest. Das Silizium erreicht 2 MHz, doch die Magnete wurden für den unteren Frequenzbereich gewickelt, oberhalb davon zahlt man in Wirkungsgrad und Welligkeit.

D oder T?

T für TLVR-basierte, transienten-optimierte Schienen. D für eine herkömmliche integrierte Induktivität.

Bezugsquellen

Bauteile dieser Art sind häufig single-sourced und knapp verfügbar, und Infineon-Leistungsstufen dieser Klasse hatten Lieferzeiten von über zwanzig Wochen, das Lieferrisiko liegt also in der Verfügbarkeit, nicht im Engineering. In Fortune Electronics führt den TDM22545DXUMA1 im LG-MLGA-72-Gehäuse mit Datenblatt auf der Produktseite und kann auf Anfrage Lagerbestand bestätigen, eine Lieferzeit nennen oder das Bauteil auf Bestellung beschaffen, sobald das Design auf dieses Modul und den dazugehörigen Regler festgelegt ist.

Die hier angegebenen Werte stammen aus Infineons TDM22545D-Kurzdatenblatt (V1.0, 2024), das weder vollständige elektrische Kenndaten noch die Pinbelegung enthält. Alle Parameter und die Pinbelegung müssen vor einem Designeinsatz anhand des vollständigen Datenblatts und der Dokumentation des Reglers überprüft werden.