Spannungsregler
Minimaler Ruhestrom spart Energie
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Design-Optimierung für höheren Wirkungsgrad
Sein synchrones Gleichrichter-Design beinhaltet interne Top- und Bottom-MOSFETs, um Wirkungsgrade von bis zu 94 Prozent zu erreichen. Bild 3 zeigt, dass das IC einen Wirkungsgrad von 94 Prozent erreichen kann, wenn es einen 5-V-Verbraucher aus einer nominellen Eingangsspannung von 12 V versorgt, selbst bei einer relativ hohen Schaltfrequenz von 700 kHz. Ähnlich erzielt der LT8620 einen Wirkungsgrad bis zu 92 Prozent, wenn er 5 V aus nominell 24 V generiert.
Jobangebote+ passend zum Thema
Dieser Betrieb mit hohem Wirkungsgrad minimiert die Verlustleitung und eliminiert die Notwendigkeit für Kühlkörper – selbst in sehr platzbeengten Anwendungen. In Elektro- und Hybridfahrzeugen kann das zu einer höheren Reichweite zwischen zwei Batterieaufladungen führen.
Darüber hinaus reduziert der Betrieb des LT8620 im Burst-Modus den Ruhestrom ohne Verbraucher auf 2,5 µA. Daher eignet sich die Komponente für ständig eingeschaltete Anwendungsbereiche, die eine Konstantspannungsregelung aufrecht erhalten müssen – selbst ohne Verbraucher – und damit die Batteriebetriebszeit maximieren. Die wachsende Anzahl an ständig eingeschalteten Systemen für Sicherheit, Umweltkontrolle, Datenaufzeichnung sowie Betriebssicherheit und Ortsbestimmung macht dieses erforderlich. Zusätzlich minimiert eine Burst-Modus-Topologie mit geringer Welligkeit das Ausgangsrauschen auf unter 10 mVpp, wodurch er sich für viele rauschempfindliche Anwendungen eignet. Wenn die Applikation eine externe Synchronisierung erfordert, kann die Burst-Modus-Funktion mit einer Puls-Skipping-Frequenz-Methode ersetzt werden.
Die geringe Dropout-Spannung des LT8620 ist ebenfalls vorteilhaft, insbesondere in Anwendungen, die Ausgänge bei Nutzung von Start/Stopp- oder Kaltstartfunktionen regeln müssen. Bild 4 zeigt, dass, selbst wenn die Eingangsspannung unter die programmierte Ausgangsspannung abfällt – in diesem Fall 5 V –, der Ausgang immer 500 mV (bei 2 A) unter der Eingangsspannung liegt, wenn der Eingang einmal 2,9 V übersteigt.
Das ist wichtig, weil viele ECM-Versorgungen einen oder mehrere Mikroprozessoren/Mikrocontroller benötigen. Obwohl diese so entwickelt sind, dass sie an nominal 5 V arbeiten, arbeiten sie auch weiter mit Versorgungsspannungen bis hinunter zu 3 V. Deshalb kann bei Kaltstartbedingungen der Eingang auf 3,4 V abfallen und die Mikroprozessoren arbeiten kontinuierlich weiter, was es dem Steuergerät ermöglicht, unterbrechungsfrei über einen Kaltstart hinweg zu arbeiten.
Weiterhin ermöglicht die Ein-Zeit des LT8620 von 30 ns einen Betrieb bei konstant 2 MHz an einer 24-V-Eingangsspannung an einem 5-V-Ausgang, so dass die Entwickler den Wirkungsgrad optimieren können und dabei kritische rauschempfindliche Frequenzbänder, wie AM-Radio, meiden können. Selbst bei einer Eingangsspannung unter 16 V liefert der Baustein eine exakt geregelte Ausgangsspannung bis hinunter zu 1 V. Weil ein Betrieb mit höheren Schaltfrequenzen die Ausmaße der externen Komponenten reduziert, ermöglicht die 2,2-MHz-Schaltfrequenz des LT8620 eine kompakte Lösung. Zusätzlich wurden spezielle Design-Techniken implementiert, um potenzielle EMI/EMC-Probleme zu lösen. Das IC nutzt interne Top- und Bottom-Leistungsschalter mit hohem Wirkungsgrad, die mit der nötigen Boost-Diode, Oszillator, Steuer- und Logikschaltung in einem Chip integriert sind. Spezielle Design-Techniken und ein High-Speed-Fertigungsprozess ermöglichen einen hohen Wirkungsgrad über einen weiten Eingangsspannungsbereich; die Strom-Modus-Topologie des LT8620 sorgt für schnelles Einschwingen und ermöglicht eine hohe Stabilität der Regelschleife. Weitere Eigenschaften sind eine interne Kompensation, Power-Good-Anzeige, robuste Schutzfunktionen bei Kurzschluss und Soft Start/Tracking des Ausgangs sowie Überhitzungsschutz. Die Kombination seiner QFN-Gehäuse mit 24 Anschlüssen und 3 mm × 5 mm Kantenlänge oder thermisch verbessertem MSOP mit 16 Anschlüssen mit einer hohen Schaltfrequenz hält externe Spulen und Kondensatoren klein, was zu einer kompakten und thermisch effizienten Lösung führt.
Steigende Nachfrage
Das rapide Wachstum von komplexen elektronischen Systemen in Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen hat zu einer gestiegenen Nachfrage nach Power-Management-ICs geführt. So sollte ein Leistungs-IC sowohl Konfigurationen mit einer als auch mit zwei Blei-Akkus und das nötige Verhalten bei Spannungsspitzen, einschließlich Start/Stopp-, Kaltstart- und Load-Dump-Bedingungen, handhaben. Darüber hinaus muss das IC in der Lage sein, eine Ausgangsspannung bei diesen Bedingungen akkurat zu regeln. Zusätzlich arbeiten einige dieser Systeme in einem ständig eingeschalteten Standby-Modus, was einen minimalen Versorgungsstrom erfordert. Weil immer mehr elektronische Systeme in ständig schrumpfende Räume implementiert werden, ist eine kompakte und effiziente Lösung wichtig.
Link
[1] www.strategyanalytics.com, Mai 2014
Der Autor
| Jeff Gruetter |
|---|
| ist Product Marketing Engineer für die Power Products Group bei Linear Technology. Er erhielt eine BSME von der University of California, Berkeley, einen MBA von der University of Southern California und verfügt über 20 Jahre Erfahrung im Marketing von Leistungshalbleitern. |
jgruetter@linear.com
- Minimaler Ruhestrom spart Energie
- Betrieb mit hohem Wirkungsgrad für mehr Reichweite
- Design-Optimierung für höheren Wirkungsgrad
