Texas Instruments DC/DC-Wandler der SIMPLE SWITCHER Familie

Überblick über die Simple Switcher Module.
Überblick über die Simple Switcher Module.

Mit den SIMPLE-SWITCHER-Power-Management-ICs von Texas Instruments stehen Power-Module zur Verfügung, die ein besonders einfaches Design ermöglichen. Das gilt vor allem dann, wenn das Projekt zeitkritisch ist, wenn es sich um störempfindliches Equipment handelt, wenn wenig Platz zur Verfügung steht, wenn hohe thermische Ansprüche zu erfüllen sind oder wenn der Designer kein Spezialist für Stromversorgungen ist.

Die LMZ-Familie von Abwärtswandlern basieren alle auf der gemeinsamen Idee, den Regler und die Induktivität in ein Gehäuse zu setzen, so dass nur noch ein Minimum an externen Komponenten (typischerweise nur noch die Kondensatoren und der Feedback-Widerstand) notwendig ist.

Die wichtigsten Eigenschaften und Vorteile der LMZ-Module sehen so aus:

  • geringer Ausgangs-Ripple und geringe elektromagnetische Interferenzen;
  • einfach zu verarbeitendes Gehäuse;
  • hoher Wirkungsgrad;
  • einfacher Design-Prozess, auch dank der verfügbaren WEBENCH-Tools.

Darüber hinaus müssen weniger Bauteile beschafft, vorgehalten und montiert werden – ein positiver Nebeneffekt. Die Schaltstufe basiert auf einer Halbbrücke mit zwei MOSFETs, um die Stromdichte und den Wirkungsgrad zu erhöhen. Die LMZ-Produktpalette umfasst verschiedene Unterfamilien mit verschiedenen Strom- oder Spannungs-Ratings und Gehäusen. Neben diesen klaren Unterscheidungskriterien sind die Bausteine aber auch intern durch andere Funktionen charakterisiert, wodurch sie sich für eine Reihe von Anwendungen eignen. Im Folgenden werden einige dieser Funktionen beschrieben.

Schaut man sich die Module von innen an, besteht der größte Unterschied in der Halbbrücken-Stufe: Die Module mit niedrigen Eingangsspannungen (5,5 V) nutzen einen P-Kanal-MOSFET auf der High-Side und einen N-Kanal-MOSFET als synchronen MOSFET. Diese Anordnung vereinfacht die DC/DC-Treiberstufe, macht eine Bootstrap-Schaltung zum Treiben des High-Side-MOSFETs überflüssig und ermöglicht ein Tastverhältnis von 100 Prozent. Module für höhere Spannungen nutzen in beiden Fällen einen N-Kanal-MOSFET, denn damit sind geringere Leitungsverluste und eine kleinere Die-Größe möglich.

Mit Ausnahme der »Nano-Module« (LMZ-10500/LMZ10501) enthalten alle anderen LMZ-Module einen Eingangskondensator zwischen Vin und Masse. Dieser dient der Verbesserung der elektromagnetischen Abstrahlung durch Verkleinerung der kritischen Schleife zwischen Eingangskondensator und Low-Side-MOSFET, wobei natürlich zusätzliche Eingangsfilterkondensatoren notwendig sind, um mit dem Eingangs-Ripple-Strom in der Applikation besser umgehen zu können.

Bei den LMZ10500/01 wird die Ausgangsspannung mithilfe eines Spannungsteilers am VCON-Pin eingestellt. Der Pin kann auch extern über einen D/A-Wandler getrieben werden, um die Ausgangsspannung dynamisch zu skalieren. Die Ausgangsspannung ergibt sich aus VOUT = 2,5 x VCON, wobei 2,5 der internen Verstärkung entspricht.