DC/DC- Abwärtswandler von Vishay
Flexibler und viel kleiner als diskrete Produkte
Mit den DC/DC-Abwärtswandlern SiC46x und SiC47x bietet Vishay zwei hochintegrierte microBuck-Produktlinien an, die einen IC und zwei MOSFETs in einem Baustein integrieren. Sie decken Eingangsspannungsbereiche von 5 bis 60 V ab und stellen anpassbare Ausgangsströme von 2 bis 40 A bereit.
Sie suchen nach einer Stromversorgung, mit der sich eine Busspannung von 24 V oder 48 V auf 12 V oder 5 V mit bis zu 10 A Ausgangsstrom herunterregeln lässt? Sie denken vielleicht an einen Controller plus zwei externe MOSFETs für Ihre aktuelle Schaltung und um zukünftige, höhere Ausgangsströme realisieren zu können? – Was, wenn es auf dem Markt bereits ein integriertes Produkt gäbe, das nicht nur Ihre Anforderungen erfüllt, sondern bereits für Ihre zukünftige Erweiterung gewappnet und im Vergleich zur diskreten Schaltung viel kleiner ist?
Auf dem europäischen Markt herrscht eine sehr starke Nachfrage nach DC/DC-Wandlern, die eine Eingangsspannung von 12 bis 60 V auf 3,3 bis 24 V mit einem Ausgangsstrom von 3 bis 10 A umsetzen können. Zu den typischen Applikationen gehören elektrische Antriebe, Fabrikautomation, Schweißgeräte und E-Bikes. Vishay bietet mit SiC46x und SiC47x zwei umfassende microBuck-Produktlinien an, die IC (Controller und MOSFET-Treiber) und zwei MOSFETs integrieren und diese Anforderungen erfüllen.
Diese Wandler verfügen über eine COT-Steuerung (Constant On-Time, konstante Anzeit des High-Side-MOSFET), die sehr schnell auf Transienten reagiert und daher mit einer geringeren Ausgangskapazität auskommen kann – ein Regelschema, das darüber hinaus den Einsatz von rein keramischen Kondensatoren für die Stabilisierung des Systems ermöglicht. Zudem besitzen die microBucks einen integrierten 5-V-LDO für die MOSFET-Ansteuerung und die interne Logik- und Analogschaltung, was den Betrieb mit nur einer Eingangsspannung ermöglicht.
Es ist möglich, die Ausgangsspannung bei einer Genauigkeit von ±1 Prozent im Temperaturbereich von –40 bis +125 °C bis auf 0,8 V herunterzuregeln. Im ausgeschalteten Zustand beträgt der Stromverbrauch nur 4 µA und im Ruhezustand 235 µA.
Jobangebote+ passend zum Thema
Zu den weiteren wichtigen Eigenschaften gehören unter anderem:
- Skalierbarer Ausgangsstrom von 2 bis 12 A mit demselben MLP-5x5-Package
- Hoher Systemwirkungsgrad
- Start mit Vorspannung
- Einstellbare Schaltfrequenz von 100 kHz bis 2 MHz
- Programmierbare Softstart-Zeit und Strombegrenzung
- Betriebsarten FCCM (Forced Continuous Conduction), Power Save und Ultrasonic (≥20 kHz)
- Schutz gegen Überstrom, Unter-/Überspannung und Übertemperatur
Das Beispiel einer typischen E-Bike-Versorgung, die normalerweise von einem Li-Ionen-Batteriepack mit einer Nennspannung von 24 V, 36 V oder 48 V gespeist wird, zeigt im Folgenden die Anwendung. Hier muss diese Spannung mittels DC/DC-Wandler auf eine Bus-Zwischenspannung von 10 bis 14 V gebracht werden und 6 bis 8 A Dauerstrom sowie kurzzeitig 10 A oder mehr liefern, um genug Energie für Datenübertragung, Beleuchtung, ECU, BMS und weitere Hilfssysteme bereitstellen zu können.
Nachfolgend sind die Parameter und Anforderungen für diese Anwendung aufgeführt:
- Vin = 48 V (Nennspannung), 40 V (Min.), 55 V (Max.)
- Vout = 13,5 V
- Vout_Ripple|Iout=0–10A ≤ 150 mV (1,11 Prozent)
- dVout|Iout=0A–10A ≤ 500 mV (3,7 Prozent)
- dVout|Vin=40–55V ≤ 500 mV (3,7 Prozent)
- Iout_max = 10 A
- fSW = 300 bis 500 kHz
Durchgeführt wurden die Messungen an einem SiC461-Referenzboard mit einer Schaltfrequenz von fSW = 500 kHz und einer Induktivität IHLP5050 von Vishay. Für die oben aufgeführten Anforderungen wurden der Wirkungsgrad und das Verhalten bei Transienten geprüft.
Aus den Diagrammen in Bild 1 und Bild 2 ist ersichtlich, dass der Systemwirkungsgrad bei Lastströmen über 5 A mehr als 95 Prozent und bei Lastströmen zwischen 2 und 5 A immerhin noch 92,8 Prozent beträgt (Bild 1, links). Die Welligkeit der Ausgangsspannung (Spitze-Spitze) ist mit weniger als 0,5 Prozent der durchschnittlichen Ausgangsgleichspannung sehr gering.
Die Ausgangsspannungsvariation zwischen Null- und Volllast beträgt 13,42 bis 13,45 V, was etwa ±0,1 Prozent entspricht. In Bild 2 (links) ist zu sehen, dass die Ausgangsspannung sich über den gesamten Last- sowie Eingangsspannungsbereich von 40 V bis 55 V kaum ändert – nur um ±0,03 Prozent. In Bild 2 (rechts, Oszilloskop) ist ein Lastsprung von 5 auf 10 A dargestellt. Hierbei beträgt die Spitze-Spitze-Abweichung der Ausgangsspannung lediglich 132 mV. Für ein Board mit insgesamt 35 Bauteilen auf einer Fläche von nur 330 mm2 und einer Platinengröße von insgesamt 990 mm2 sind dies beeindruckende Ergebnisse.
Dennoch ermöglicht der microBuck eine große Flexibilität, um eine optimale Kombination aus Leistung, Platzbedarf und Kosten zu realisieren.
Es sollte beachtet werden, dass SiC461/2/3/4 und SiC471/2/3/4 eine Ripple-Injektion und externe Kompensation erfordern, was eine große Flexibilität bei der Stabilisierung jeder Anwendung ermöglicht. Demgegenüber sind sowohl SiC466/7/8/9 als auch SiC476/7/8/9 mit integrierten Ripple-Injektions- und Kompensationsschaltungen ausgestattet, was Platz und Kosten einspart und die Markteinführungszeit verkürzt. Zu den weiteren Besonderzeiten zählt, dass sämtliche Bauteile in den Familien SiC46x und SiC47x dasselbe MLP-5x5-Package aufweisen und die Kontakte gleich belegt sind. So lässt sich der Ausgangsstrom durch einfaches Austauschen des microBuck problemlos anpassen, ohne den Entwicklungsprozess für das Layout erneut durchlaufen zu müssen.
Neben SiC46x und SiC47x hat Vishay die microBuck-Produktreihen SiC43x, SiC44x und SiC45x im Angebot, die für maximale Eingangsspannungen von 20 bis 36 V ausgelegt sind und maximale Ausgangsströme von 8 bis 40 A bereitstellen können. Verfügbar sind die Bauelemente in diesen Reihen in den Baugrößen 4 × 4 mm2, 5 × 5 mm2 und 5 × 7 mm2 verfügbar. Dies gibt dem Kunden eine noch größere Auswahl an Wandlern für den Point-of-Load-Einsatz in den Bereichen Computing, Vernetzung, Telekommunikation, Konsumelektronik und allgemeine Stromversorgung.
Und nicht zuletzt bietet Vishay mit PowerCAD ein anwenderfreundliches Online-Simulations-Tool, das Entwickler bei ihrem Entwurf unterstützen kann. Es werden alle Produkte der Reihen microBuck und microBrick (microBuck mit integrierter Induktivität) unterstützt.
Dieses Tool erstellt Schaltpläne auf Grundlage von Angaben wie beispielsweise Eingangs-/Ausgangsspannungen, Ausgangsstrom und Schaltfrequenz. Die Parameter sind je nach Wunsch veränderbar, woraufhin das Tool eine statische und dynamische Simulation durchführt und als Ergebnisse die Wirkungsgradverläufe und Verlustleistungen an jedem Laststrompunkt ausgibt. Darüber hinaus wird eine thermische Analyse durchgeführt, eine Bauteilliste (BOM) erstellt und ein Design-Bericht erzeugt. Das Simulations-Tool ist unter vishay.transim.com/landing zu finden.
Vishays microBuck-Produkte decken einen großen Eingangsspannungsbereich von 5 bis 60 V ab, können anpassbare Ausgangsströme von 2 bis 40 A bereitstellen, verbrauchen wenig Leiterplattenfläche, sind thermisch verbessert und effizient mit ausgezeichnetem Transientenverhalten und sind unproblematisch im Entwurf. In Bild 3 sind die Produkte der Baureihen microBuck und microBrick dargestellt.
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
Neu ausgerolltes Fortec-One-Konzept
Marken unterstützen einander
25 Jahre inpotron Schaltnetzteile
»Ein Umsatzvolumen von 100 Millionen Euro wäre denkbar«
Betrachtungen zur Zuverlässigkeit
Zuverlässigkeit bestimmen, Lebensdauer verlängern
»Smart Grid« einmal anders
Zwanzig Jahre Einschaltstrombegrenzer als Kostenkiller
DC/DC-Stromversorgungen von Autronic
»Wir sind die Spezialisten für kompromisslose Wandler«
Nur langsame Entspannung
»SiC kennt keine Rezession!«
STMicroelectronics
Isoliertes Buck-IC für IGBTs, SiC- und GaN-Transistoren
Gebremste Wachstumserwartungen für 2023
Auftragsbestand sorgt für Planungssicherheit
Markt&Technik-Umfrage: Stromversorgungen
MOSFETs bleiben das Sorgenkind
Leistungshalbleitermarkt
Rezession birgt Gefahr des Umsatzrückgangs
