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

Weniger Verluste und höhere Betriebstemperatur bei DC/DC-Wandlern

Als Gegenmaßnahme könnte der Basisstrom bipolarer Transistoren so hoch dimensioniert werden, dass dieses Problem vermieden wird. Diese nicht besonders elegante Lösung des Problems hätte allerdings eine negative Auswirkung auf den Wirkungsgrad und auch Nachteile bei hohen Betriebstemperaturen. Eine spezielle Schaltungstechnik sorgt bei den Powerlineplus-DC/DC-Wandlern dafür, dass der Oszillator bei extrem tiefen Temperaturen von bis zu –45 °C problemlos anschwingt, ohne die Stromaufnahme zu erhöhen.

Zweitens sind bei sehr niedrigen Temperaturen mechanische Aspekte zu beachten. Die unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten der Materialien erzeugen Spannungen sowohl innerhalb einzelner Komponenten als auch zwischen Bauteil und Leiterplatte. Das Standard-FR4-Material für Leiterplatten zum Beispiel hat einen Temperaturausdehnungskoeffizienten um 16 ppm/K in x- und y-Richtung. Ein Keramikkondensator dagegen hat einen Temperaturausdehnungskoeffizienten von ca. 6 ppm/K. Hinzu kommt, dass Keramikkondensatoren sehr empfindlich auf mechanische Spannungen reagieren und bei niedrigen Temperaturen brechen können.

Ähnliches gilt für bleifreies Lötzinn, das aufgrund seines hohen Zinnanteils bei niedrigen Temperaturen spröde und brüchig wird. Die Kombination von niedriger Betriebstemperatur und mechanischem Schock kann zum Ausfall eines DC/DC-Wandlers führen. Alle diese Aspekte hat Recom bei der Entwicklung der Powerline-plus-DC/DC-Wandler von Anfang an in die Überlegungen einbezogen, so dass ein sicherer Betrieb mit hohem Wirkungsgrad bei Temperaturen bis minimal –45 °C möglich ist.

Schutzschaltungen und Filter integriert

Hochwertige DC/DC-Wandler dürfen auch unter extremen Betriebsbedingungen keinen Schaden nehmen. Im Fall der Powerlineplus-Serie schaltet ein integrierter thermischer Sensor den Gleichspannungswandler ab, sobald die Temperatur über einen längeren Zeitraum hinweg eine kritischen Höhe erreicht. Außerdem sind die DC/DCWandler gegen Kurzschluss am Ausgang sowie gegen Überlast geschützt. Fällt die Eingangsspannung unter den minimal zulässigen Wert, schalten die DC/DC-Wandler automatisch ab: zum Schutz gegen Überspannung am Ausgang verfügen sie über einen eigenen, getrennten Rückkopplungskreis. Die Strombegrenzung am Ausgang verhindert, dass eine temporäre Überlast den Gleichspannungswandler abschaltet. Bei Überlast sinkt die Ausgangsspannung, so dass die Ausgangsleistung konstant auf dem Maximalwert bleibt. Wird die Überlastung zu groß, schalten die DC/DC-Wandler ab. Die 40-W- und 50-W-Modelle versuchen, alle 10 bis 20 ms erneut hochzufahren – „Hickup“-Modus.

Autor:

Steve Roberts
ist gebürtiger Engländer. Er machte seinen Bachelor in Physik und Elektronik an der Brunel University, London, und arbeitete dann vier Jahre am University College Hospital in der Abteilung Medical Physics als Research Associate, später zwölf Jahre am National Museum of Science & Industry als Head of Interactives, wo er sein zweites Studium abschloss. Vor zehn Jahren übersiedelte er mit seiner Familie nach Gmunden, Österreich, und arbeitet dort im Recom Application Engineering Support Center als Techsupport Manager.

roberts@recom-electronic.com

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