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Automotive-DC-DC-Wandler

Tiefsetzsteller mit zweitem isoliertem Ausgang

7. September 2021, 9:00 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Funktionsweise der Isobuck-Topologie

Um besser zu verstehen, wie die Isobuck-Topologie funktioniert, eignet sich ein generisches Beispiel (Bild 3). Eine denkbare Schaltung könnte aus einem Wandler bestehen, der von einer 12-V-Batterie auf einen Primärausgang von 5 V (V_{OUT_1}) regelt. Zusätzlich sind zwei galvanisch getrennte Ausgänge zu erzeugen; einer davon erhöht die Spannung auf 10 V (V_{OUT_2}) und einer senkt sie auf 3,3 V (V_{OUT_3}). Das bedeutet, dass der Transformator zwei Sekundärwicklungen mit einem Verhältnis von ca. 1:2,4 (Np_1:Ns_2) und ca. 1:0,9 (Np_1:Ns_3) haben muss, um die genannten Sekundärausgänge von 10 V (V_{OUT_2}) bzw. 3,3 V (V_{OUT_3}) zu gewährleisten.

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Schaltet der MOSFET des Sperrwandlers ein, beginnt Strom in der Primärwicklung (I_{primary_1}) zu fließen, während der Strom in den Sekundärwicklungen (I_{secondary_2} und I_{secondary_3}) gleich Null bleibt, da die Gleichrichterdioden in Sperrrichtung vorgespannt sind (Bild 4). Schaltet der MOSFET aus, gibt der Sperrwandler die im Magnetfeld des Trafokerns gespeicherte Energie ab, die Gleichrichterdioden werden in Durchlassrichtung vorgespannt und es fließt Strom in den Sekundärwicklungen (I_{secondary_2} und I_{seconday_3}). Damit fließt Strom in die Lasten (I_{OUT_2} an Load₂ und I_{OUT_3} an Load₃) und lädt auch die Kondensatoren (C₂ und C₃). Schaltet der MOSFET wieder ein, versorgen die Kondensatoren (C₂ und C₃) die Lasten (Load₂ und Load₃) und gewährleisten somit eine kontinuierliche, geregelte Stromversorgung.

Durch den Einsatz von Spannungsreferenzen – etwa dem TL43x oder TL143x von STMicroelectronics – lässt sich die Genauigkeit der Ausgangsspannung über den gesamten Ausgangsstrombereich am Sekundärausgang verbessern.

Abschließend ist anzumerken, dass der A6986I auch für Anwendungen konzipiert ist, die keine Potenzialtrennung benötigen, sondern lediglich mehrere Ausgänge. Das bedeutet, dass durch die Verwendung eines Flyback-Transformators mit mehreren Wicklungen mehrere Ausgänge mit unterschiedlichen Spannungspegeln mit nur einem Regler erzeugt werden können. Dies ist nicht nur zweckmäßig und reduziert die Gesamtfläche, sondern auch eine kostengünstige Lösung, weil sie die Systemkosten weiter reduziert, da sie weniger Induktivitäten benötigt.