Digital Power Management Gleichspannungsregler mit Autotuning

Adaptive MOSFET-Ansteuerung

Mit der digitalen Ansteuerung der MOSFETs (AGD) im MAX15301 werden die oberen und unteren MOSFETs einzeln angesteuert, um die Totzeit zu optimieren. Das Controller-IC vermisst dabei präzise die Signallaufzeiten in der jeweiligen Applikationsschaltung (Bild 5).

Hierzu wird die Zeitspanne zwischen dem Einschaltbefehl des Controllers und dem Zeitpunkt der Zustandsänderung am Ausgangsspannungs- messpunkt mit einer Auflösung bis zu 1 ns gemessen.

Diese adaptive Totzeitregelung ermöglicht es, die Totzeit zu minimieren, und vermeidet zuverlässig, dass beide MOSFETs gleichzeitig leitend sind, was einen Kurzschluss zur Folge hätte. Damit lässt sich der Wirkungsgrad des Wandlers in Echtzeit optimieren. Im Unterschied zu konkurrierenden Controller-ICs kompensiert die adaptive Totzeitregelung des MAX15301 auch die Einflüsse geänderter Umgebungsbedingungen in Echtzeit.

Um den Wirkungsgrad der gesamten Stromversorgung weiter zu steigern, versorgt sich der MAX15301 selbst per Schaltregler, statt Linearregler für die Logik (3,3 V) und die Gate-Treiber (5 V bis 8 V) zu verwenden. In Bild 6 ist die aus der Summe aller Maßnahmen erzielte Wirkungsgrad- steigerung zusammengefasst. 

Digital Power reduziert Leiterplattenfläche

Das Verringern der Leiterplattenfläche in der Sendestufe einer Mobilfunk-Basisstation ist wichtig, da die Montage unter Umständen auf einem Gebäude, einem Turm oder einem Mast erfolgt, wo das Gewicht zu einem Problem werden kann. In der Basisbandeinheit erfordern die DSPs viel Platz, so dass es hier schwierig ist, die Leiterplattenfläche klein zu halten.

Point-of-Load-Gleichspannungswandler mit integrierten MOSFETs ermöglichen kompakte dezentrale Stromversorgungen. Dieses Konzept ist akzeptabel, solange die benötigte Leistung gering ist, wird aber problematisch bei höheren Strömen. Ein Baustein mit integrierten MOSFETs ist stets für ganz bestimmte Betriebsbedingungen optimiert. Demgegenüber bietet eine Schaltung auf der Basis eines Controller-ICs mit externen MOSFETs ein gewisses Optimierungspotenzial, da die MOSFETs gezielt für die jeweilige Applikation ausgewählt werden können. Außerdem lassen sich externe MOSFETs – die Wärme erzeugenden Bauelemente – besser auf der Leiterplatte verteilen. Dies erleichtert zwar die Wärmeverteilung und Kühlung, geht aber einher mit einer größeren Leiterplattenfläche.

Mittlerweile ist es nicht mehr ungewöhnlich, dass Basisbandeinheiten Ströme von bis zu 60 A pro Ausgang benötigen und auf mehrphasige Spannungswandler angewiesen sind. Derartig leistungsstarke DC/DC-Wandler aber erfordern mehr passive Bauelemente, insbesondere Kondensatoren am Ausgang, um die geforderte niedrige Ausgangsspannungswelligkeit zu erzielen. Die schnelle digitale Zustandsregelung mit Zustandsschätzung des MAX15301 (InTune) führt dazu, dass die Kondensatoren am Ausgang nur ein Drittel so groß sein müssen wie bei konventionellen digitalen PID-Reglern. Dies hilft Fläche auf der Leiterplatte einzusparen.

Der digitale Schaltregler-Controller MAX15301 kann sowohl für einphasige Gleichspannungs- wandler als auch für den Einsatz in mehrphasigen DC/DC-Wandlern konfiguriert werden. Seine Autotuning-Technik vereinfacht die Entwicklung eines einzelnen DC/DC-Wandlers ebenso wie die einer kompletten dezentralen Stromversorgung mit Power-Management. Die Entwicklung einer komplexen Stromversorgung ist daher auch einem noch nicht so erfahrenen Entwickler in kurzer Zeit möglich.

 

Literatur & Autor

[1] www.maxim-ic.com

[2] www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/7560/t/al

Joe Chong

 ist als Business Director bei Maxim Integrated Products in San José/USA, tätig. Er ist seit über 10 Jahren im Unternehmen beschäftigt und befasst sich derzeit hauptsächlich mit DC/DC-Wandlern sowie Systemmanagement-Produkten. Herr Chong hält einen Abschluss als BSEE (Bachelor of Science, Electrical Engineering) der California Polytechnic State University und einen MBA (Master of Business Administration) von der Santa Clara University. 

joe.chong@maxim-ic.com
Harmik Singh
arbeitet als Business Manager bei Maxim Integrated Products. Seit 16 Jahren für Maxim tätig, ist er mittlerweile Experte für Hot-Swap-, Power-over-Ethernet- und DC/DC-Regler-Produkte. Singh besitzt ein BSEE-Diplom der San Jose State University.
harmik.singh@maxim-ic.com