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Call for Papers & Workshops!
Wie komme ich schnell von der Produktidee zum System?
Um diese Frage dreht sich das 1. Markt&Technik Symposium »Schneller Entwickeln« am 18. Oktober 2012 in München.
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Call for Papers!
Am 10. Oktober 2012 veranstaltet das Fachmedium DESIGN&ELEKTRONIK die dritte Ausgabe des Entwicklerforums »Ultra Low Power – Niedrigstenergie-Elektronik entwickeln und versorgen« in München.
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produkte des Jahres
Pfiffige Power-PCBs
Der Leiterplattendesign-Wettbewerb »Pfiffige Power-PCBs« ist zu Ende und die Gewinner ausgezeichnet. Wir stellen Ihnen die Gewinner und ihre Entwicklungen ganz genau vor.
BestEMS
Energiespeicher für USVs
Eine neue Entwicklung auf dem Gebiet Schaltreglerstromversorgungen ermöglicht es, die Standby-Leistungsaufnahme netzbetriebener Geräte auf 0,005 W zu reduzieren, wobei das Gerät weiterhin per Fernbedienung oder einen sonstigen Stimulus aktiviert werden kann.
Erneuerbare Energien sind die Wachstumstreiber schlechthin, doch werden ihre Potentiale noch lange nicht ausgeschöpft. So auch bei der Windenergie: Studien sprechen dieser Form der Energiegewinnung das größte Potential bei den Erneuerbaren Energien zu.
USV-Anlagen, die ohne Akku auskommen? Das Konzept von Active Power sieht stattdessen ein Schwungrad-Energiespeicher vor.
Infos, Eindrücke und neue Produkte - alle Videos rund um die embedded world 2012 in unserer Mediathek.
Energiegewinnung aus der Umwelt oder durch die Bewegung oder die -Physiologie von Lebewesen wird unter dem Begriff Energy Harvesting geführt. Welche Techniken in Form von entsprechenden Harvesting-Elementen am Markt verfügbar sind und für welche Einsatzgebiete sie sich eignen, wird in diesem Beitrag behandelt.
Event 1
Am 4.-5. Juli 2012 findet in München der 1. Elektronik wireless power congress statt. Das Programm konzentriert u.a. auf die Themen: Qi-Standard, Übertrager-, Koppler- und Antennendesign, Schaltungstechnik, Übertragungsverfahren und Kopplung, Datenübertragung und Authentifizierung und mehr.
Energieautarkie im Kleinen. Der 1. Elektronik energy harvesting congress zeigt Entwicklern und industriellen Anwendern worauf es ankommt, wenn ein System ohne Netzstromversorgung auskommen soll.
Auf dem 3. Elektronik digital power congress am 4. und 5. Juli 2012 in München dreht sich alles um digitales Powermanagement und die digitale Regelung von Leistungswandlern.
power blog
Aktuelle Kommentare, Meinungen und Infos zur Energieeffizienz, Regularien und Ökodesign lesen Sie in unserem Power-Blog.
Marktübersichten Power
Design quasiresonanter Sperrwandler
Nicht nur Verluste minimiert
Geringe Kosten und hohe Zuverlässigkeit sind zwei der wichtigsten Ziele bei der Entwicklung von Schaltnetzteilen. Diese lassen sich mit einer quasiresonanten Topologie erreichen. Dieser Artikel beschreibt die Theorie hinter dieser Architektur und geht auf ihre Vorteile ein – weniger Verluste und geringere Störabstrahlung.
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Quasi« bedeutet »teilweise« oder »so in etwa«. Bei der Implementierung eines quasiresonanten Designs wird der vorhandene LC-Schwingkreis in einer PWM-Spannungsversorgung strategisch genutzt. Dies führt dazu, dass die Resonanzeffekte dieses Schwingkreises die Schaltflanken »abschwächen« können.
Diese weniger schnellen Übergänge reduzieren dann wiederum die Schaltverluste und die Störabstrahlung (EMI), welche bei hart schaltenden Wandlern auftreten. Da der Resonanzkreis nur während der Schaltübergänge an einem ansonsten herkömmlichen Rechtecksignalwandler eingesetzt wird, ergab sich der Ausdruck »quasiresonant«.
Um diese Topologie verstehen zu können, muss man sich über die parasitären Eigenschaften von MOSFETs und Transformatoren im Klaren sein. Ein MOSFET enthält verschiedene parasitäre Kapazitäten. Diese entstehen primär aus dem physischen Aufbau des Bauteils.
Sie lassen sich mathematisch vereinfacht ausdrücken als Eingangskapazität CISS und Ausgangskapazität COSS. Dabei ist CISS die Summe aus der Gate-Source-Kapazität CGS und der Gate-Drain-Kapazität CGD, COSS die Summe aus der Drain-Source-Kapazität CDS und der Drain-Gate-Kapazität CDG (Bild 1). Bei hart schaltenden Wandlern trägt im Wesentlichen die Ausgangskapazität COSS zu den Schaltverlusten bei.
Auch Transformatoren enthalten parasitäre Kapazitäten, zu denen die Wicklungs- und Lagenkapazität gehören. Diese lassen sich zusammen als einzelner Kondensator CW modellieren und tragen ebenfalls zu Schaltverlusten bei hart schaltenden Wandlern bei (Bild 2).
Bild 3 stellt einen herkömmlichen, hart schaltenden Sperrwandler dar. Während der Totzeit im diskontinuierlichen Modus (DCM) schwingt die parasitäre Kapazität mit der primären Induktivität um die Zwischenkreisspannung VDC. Die Spannung an den parasitären Kapazitäten variiert mit der Schwingung, weist aber durchgehend signifikante Werte auf.
Wenn der MOSFET im nächsten Taktzyklus einschaltet, werden die parasitären Kondensatoren COSS und CW über den Transistor entladen und erzeugen dabei eine hohe Stromspitze. Da diese auftritt, wenn am MOSFET eine hohe Spannung anliegt, erzeugt sie Schaltverluste. Darüber hinaus ist die Stromspitze reich an Oberwellen, was die EMI erhöht.
Statt mit einem festen Takt zu schalten, könnte auch ein Erkennungskreis das erste Minimum oder »Tal« der Drain-Source-Spannung des MOSFET (VDS) effektiv »erfassen « und den Transistor erst zu diesem Zeitpunkt einschalten. Dadurch würde die Einschaltstromspitze minimiert, da die parasitäre Kapazität auf die Mindestspannung geladen war.
Diese Erkennung wird allgemein als »Talschaltung« oder quasiresonante Schaltung bezeichnet. Es ist sogar möglich, dass ein Schaltungsentwickler unter bestimmten Bedingungen eine Nullspannungsschaltung (ZVS) erreicht, bei der keine Drain-Source-Spannung anliegt, wenn der MOSFET aktiviert wird.
In diesen Fällen treten keine Stromspitzen auf, da die parasitären Kapazitäten nicht geladen sind.
1. Teil: Nicht nur Verluste minimiert
2. Teil: Vorteile der Quasiresonanz
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Ralf Higgelke, DESIGN&ELEKTRONIK |
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