Weniger Verluste und höhere Betriebstemperatur bei DC/DC-Wandlern FORMELN

Weniger Verluste und höhere Betriebstemperatur bei DC/DC-Wandlern

Viele kleine Schritte steigern den Wirkungsgrad

Die Steigerung des Wirkungsgrades der Powerlineplus-DC/DC-Wandler resultiert aus einer Kombination mehrerer Faktoren. Hierzu gehören sowohl die Auswahl optimierter Komponenten – einschließlich einer Leiterplatte mit besonders niedriger Impedanz – als auch ein markant veränderter innerer Aufbau. Recom nennt diese Verbesserung „Innovation in Converter Excellence“ – kurz „ICE“. Neben dem Trimmen der elektronischen Schaltung auf hohen Wirkungsgrad und minimale Verlustleistung hat Recom auch die thermisch Leitfähigkeit untersucht. Die Höhe des Wärmetransfers von einem heißen Körper an die kühlere Umgebung wird definiert durch die Gleichung

 

q = −k ⋅ ΔT

 

mit q = Wärmestromdichte, ΔT = Temperaturdifferenz, k = Wärmeleitfähigkeit.

Gelingt es nun, durch eine entsprechende mechanische Konstruktion die Wärmeleitfähigkeit k zu steigern, kann die von der Verlustleistung herrührende Wärme auch bei einer niedrigen Temperaturdifferenz abgeführt werden.

Folge: Der Gleichspannungswandler ist bei höheren Betriebstemperaturen einsetzbar. Um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, bietet sich eine Aufteilung in zwei Problemstellungen an: die innere und die äußere thermische Leitfähigkeit.

Um im Inneren des Gleichspanungswandlers den Wärmetransfer zum Gehäuse zu erhöhen, hat Recom die ICE-DC/DC-Wandler so aufgebaut, dass die heißesten Bauteile – die Schalttransistoren (FETs), der Transformator und die Synchrongleichrichter – in unmittelbarer Gehäusenähe montiert sind.

Dies macht zwar die Fertigung deutlich aufwendiger, verbessert aber den internen Wärmetransfer erheblich (Bild 3).