Schaltregler-ICs für kleine Tastverhältnisse

Um ohne Transformator kleine Spannungen aus einer höheren zu erzeugen, muss das Tastverhältnis entsprechend klein sein. Tastverhältnisse unterhalb 10 Prozent sind allerdings für die gängigen Regelschaltungen kaum noch zu schaffen. Wird jedoch statt des Stroms durch den Schalttransistor der Strom durch die Freilaufdiode als Istwert für die Regelung herangezogen, so lassen sich noch wesentlich kleinere Tastverhältnisse beherrschen.

Um ohne Transformator kleine Spannungen aus einer höheren zu erzeugen, muss das Tastverhältnis entsprechend klein sein. Tastverhältnisse unterhalb 10 Prozent sind allerdings für die gängigen Regelschaltungen kaum noch zu schaffen. Wird jedoch statt des Stroms durch den Schalttransistor der Strom durch die Freilaufdiode als Istwert für die Regelung herangezogen, so lassen sich noch wesentlich kleinere Tastverhältnisse beherrschen.

Die Emulated-Current-Mode-Regelung (ECM) ermöglicht es, Abwärtswandler mit sehr kleinem Tastverhältnis zu betreiben. Mit ihr lassen sich pulsbreitenmodulierte DC/DC-Wandler entwickeln, die aus hohen Eingangsspannungen sehr kleine Ausgangsspannungen mit einer einfachen Drossel erzeugen. Bei der ECM-Regelung wird nicht der Drainstrom durch den Schalttransistor gemessen, sondern dieses Stromsignal wird emuliert. Als Istwert für die Regelung dient der Strom durch die Freilaufdiode – Tastverhältnis der Freilaufdiode TVD = 1 – Tastverhältnis des Schalttransistors (TVT). Für Tastverhältnisse < 0,5 wird zu diesem, kurz vor dem Einschalten des Schalttransistors gemessenen Diodenstrom ein sägezahnförmiges Signal addiert. Auf diese Weise lassen sich Störungen auf den Regelkreis, verursacht durch die sehr kurze Einschaltzeit des Transistors, verringern und dennoch die bewährte, stromgeführte Regelung (Current Mode) anwenden. Die Regelschaltung begnügt sich mit einem einfachen Filter und kann schnell auf Lastschwankungen reagieren.

ECM-Schaltregler-Famile  für Ströme bis zu 3 A

Um sechs neue PWM-Schaltregler mit ECM-Regelung – zwei Eingangsspannungsbereiche 6 bis 42 V (LM25574/ 5/6) und 6 bis 75 V (LM5574/5/6) – erweitert National Semiconductor (www.national.com) seine Simple Switcher-Familie. Die neuen Schaltregler-ICs mit integriertem Leistungs-MOSFET sind in drei Leistungsstufen unterteilt: 0,5 A (Endziffer 4), 1,5 A (Endziffer 5) und 3 A (Endziffer 6). Als periphere Bauelemente werden lediglich eine Drossel, eine Freilaufdiode, vier Widerstände und sechs Kondensatoren benötigt. Alle Schaltregler können eine Ausgangsspannung erzeugen, deren Wert über einen Spannungsteiler zwischen 1,225 V und der Eingangsspannung festgelegt werden kann. Die Schaltfrequenz wird mit einem externen Widerstand im Bereich zwischen 50 kHz und 500 kHz bei den 75-V-Versionen gewählt. Die 42-V-ICs können max. mit 1 MHz geschaltet werden. Über einen Synchronisations-Anschluss (Sync) lässt sich der interne Oszillator mit einem externen Taktsignal synchronisieren. Werden mehrere Schaltregler dieser Familie in einer Stromversorgung eingesetzt, so genügt es zur Synchronisation, die Sync-Anschlüsse der ICs miteinander zu verbinden.

Schaltung online entwickeln

Mit dem Online-Tool „Webench“ von National Semiconductor (www.webench.national.com) lässt sich die benötigte Stromversorgungsschaltung automatisch berechnen und dimensionieren. Ausgehend von den elektrischen Grundparametern – Eingangsspannungsbereich, max. Ausgangsspannung, max. Ausgangsstrom und Umgebungs“„temperatur – schlägt das Programm zuerst mehrere ICs und Schaltungsalternativen vor. Hat der Entwickler den Schaltkreis ausgewählt, erzeugt das Programm innerhalb weniger Minuten den Schaltplan mit Signal-Analyse und das Leiterplatten-Layout mit thermischer Simulation. Im vergangenen Jahr wurden rd. 150 000 Schaltungen mit dem „Power Webench Online Design Tool“ berechnet – 46 Prozent dieser Webench-Designs haben europäische Nutzer initiiert. Für die neuen PWM-Schaltregler LM5574/5/6 und LM25574/5/ 6 mit Emulated-Current-Mode-Regelung hat National Semiconductor noch einen Optimierungs-Schritt in diesen Ablauf eingefügt: Der Entwickler kann vor dem Start der Berechnung festlegen, ob die Leiterplattenfläche möglichst klein oder der Wirkungsgrad möglichst hoch sein soll. Dazu bietet ihm das Online-Tool einen fünfstufigen Drehschalter, den er per Maus zwischen „Fläche verringern“ (Linksanschlag) und „Wirkungsgrad steigern“ (Rechtsanschlag) einstellen kann, um die Schaltung zu optimieren – eine Feinabstimmung per Drehknopf, ähnlich den ersten Radioempfängern.  hs