Energiesparende DC/DC-Wandler

Die Entladung stoppen

21. April 2021, 14:30 Uhr | Von Martin Moss
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Voraussetzungen für einen geringen IQ-Wert

Selbstverständlich wird der Energiebedarf eines Designs davon beeinflusst, für welchen Baustein man sich entscheidet. Davon abgesehen gibt es jedoch einige allgemein anwendbare Verfahren, um beim Einsatz von DC/DC-Abwärtswandlern Energie einzusparen:

➔ Ändern der Betriebsart: Eine der einfacheren Energiesparmöglichkeiten hängt mit der Betriebsart des Stromversorgungsbausteins zusammen. Die beiden wichtigsten Modi sind die Pulsweitenmodulation (PWM) und die Pulsfrequenzmodulation (PFM). Im PFM-Betrieb werden mehrere Funktionsabschnitte des ICs, die im PWM-Betrieb benötigt werden, abgeschaltet, wobei nach wie vor die nötige Ausgangsspannung aufrechterhalten wird. Das Absenken der Schaltfrequenz hilft zudem beim Verringern der bei niedrigen Lastströmen dominierenden Schaltverluste.

➔ Verlangsamung der Schaltvorgänge: Eine weitere Technik zur Senkung des Energiebedarfs ist es, die Zahl der vom Wandler ausgeführten Schaltvorgänge zu reduzieren. Werden die high- und low-seitigen MOSFETs seltener ein- und ausgeschaltet, trägt dies zur Verringerung des Energiebedarfs bei. Weniger Schaltvorgänge lassen sich erreichen, indem zunächst die Schaltfrequenz des Bausteins reduziert wird. Nach dem Wechsel in den Sleep-Modus wird der Baustein dann nur bei Bedarf zum Aufladen des Ausgangskondensators aktiviert, damit die Soll-Ausgangsspannung aufrechterhalten wird.

➔ Verwendung einer festgelegten Ausgangsspannung: Eine weitere Möglichkeit, Energie zu sparen, ist die Verwendung einer Schaltwandlerversion mit fest eingestellter Ausgangsspannung. Aus Zuverlässigkeitsgründen sind externe Widerstände oftmals auf weniger als 100 kΩ limitiert, um toleranz- und driftbedingte Schwankungen der Ausgangsspannung zu unterbinden. Die Folge sind Leckströme in der Regelschleife mitsamt den daraus resultierenden Verlusten. Wird dagegen ein Regler mit nicht einstellbarer Ausgangsspannung benutzt, lassen sich die internen Widerstände auf Werte über 1 MΩ skalieren, sodass zum Regeln der Spannung erheblich weniger Verluste entstehen. Höhere Widerstandswerte sind attraktiv, weil die Leckströme und die entstehenden Verluste wesentlich geringer sind.

Es stellt eine große Herausforderung dar, die einwandfreie Funktion und Leistungsfähigkeit der Elektronik unter den rauen Einsatzbedingungen in einem Kraftfahrzeug zu gewährleisten. Entwickler müssen die funktionalen Anforderungen des Systems kennen und wissen, wie lange es aktiv bleiben und nicht in den Sleep-Modus wechseln soll. Auch die möglichen Abstriche in Sachen Platzbedarf, Kosten und Leistungsfähigkeit sollten bekannt sein. Denn erst dann lassen sich sämtliche Anforderungen unter Einhaltung der Energiesparvorgaben miteinander vereinbaren.

 

Der Autor

 

 

Martin Moss von Texas-Instruments
Martin Moss von Texas-Instruments
© Texas Instruments

Martin Moss

ist bei Texas Instruments als Marketing-Manager für Buck-Schaltregler zuständig. Nach seinem Studienabschluss in Ingenieurwissenschaften an der britischen Reading University im Jahr 1992 arbeitete er für Harris Semiconductor, NEC, Agilent und ON Semiconductor. Vor der Akquisition durch TI war er außerdem für National Semiconductor tätig. In seiner beruflichen Tätigkeit beschäftigte sich Moss bereits mit der Definition und Vermarktung von Technologien wie DSPs, Hochfrequenz, Mixed Signal und vor allem in jüngsterZeit mit dem Thema Stromversorgung.


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