Auswahlkriterien für Leistungsschalter
»Intelligent« schalten
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Einschaltstrom managen
Eine ebenfalls gängige Anwendung von Leistungsschaltern besteht im Management der Stromspitze, die beim Einschalten des Systems auftritt. Ursache dafür ist das Aufladen großer Speicherkondensatoren. Wenn sich der Schalter unkontrolliert einschaltet, so kann diese Stromspitze dazu führen, dass die Versorgungsspannung am Schaltereingang einbricht. Dies könnte letztlich die gesamte Funktion des Systems beeinträchtigen. Der Einschaltstrom lässt sich mit Formel (4) berechnen:
(4) 
Bei einer Anstiegszeit von 1 μs tritt an einem 1-μFKondensator ein Einschaltstrom von bis zu 3 A auf. Eine einfache Möglichkeit, so etwas zu vermeiden, besteht darin, die Anstiegszeit des Schalters zu verlängern. Dadurch lädt sich der Ausgangskondensator weniger schnell auf, sodass die Stromspitze nicht so hoch ausfällt. In dem vorgenannten Beispiel würde eine Verlängerung der Anstiegszeit auf 200 μs dazu führen, dass sich der Einschaltstrom auf den akzeptablen Wert von 15 mA reduziert. In einigen Fällen müssen extrem große Kondensatoren (mehrere hundert Mikrofarad) aufgeladen werden.
In der Regel empfiehlt sich hier eine sehr lange Anstiegszeit, aber es gibt auch die Möglichkeit, einen Schalter mit einer hohen Strombegrenzung inzusetzen. Ein solcher Baustein würde dann beim Einschalten in die Strombegrenzung gesteuert, wobei der Kondensator mit dem Strombegrenzungswert geladen würde. In diesem Betriebszustand setzt der Leistungsschalter seine maximal zulässige Verlustleistung frei.
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Systeminteroperabilität bedenken
Bei der Auswahl eines Leistungsschalters ist immer auch die Systeminteroperabilität gründlich zu bedenken. Setzt man beispielsweise einen Leistungsschalter ein, um zur Optimierung der Leistungsaufnahme eines tragbaren Geräts bestimmte Lasten ein- und auszuschalten, dann müssen die Steuereingänge des Schalters mit den niedrigen Universalspannungen von 1,8 V kompatibel sein, und auch eine Steuerung per GPIO ist nicht unkritisch. Zudem muss gewährleistet sein, dass beim Ausschalten des Schalters dessen potenzialfreier Ausgang nicht die Systemleistung beeinträchtigt.
Einige Anwender werden es daher vorziehen, den Ausgang des Leistungsschalters beim Ausschalten über einen zusätzlichen Transistor auf Massepotenzial zu legen oder einen Baustein zu verwenden, bei dem diese Pull-down-Funktion – wie im TPS22902 – bereits integriert ist.
Einen weiteren wichtigen Gesichtspunkt bei der Entwicklung eines stabilen Systems stellen die Eingangs- und Ausgangskapazitäten dar. Zwar ist ein Eingangskondensator für die Stabilisierung der heute marktüblichen Leistungsschalter normalerweise nicht erforderlich, aber in der Entwicklung von Analogschaltungen gilt es allgemein als bewährte Praxis, einen Kondensator von 0,1 μF bis 1 μF mit niedrigem Ersatzserienwiderstand (ESR) parallel zum Spannungseingang zu schalten. Dieser Kondensator wirkt kapazitiven Eingangsquellen entgegen und verbessert sowohl das Einschwingverhalten als auch die Unterdrückung von Störungen und Restwelligkeiten. In Abhängigkeit von der angeschlossenen Last kann auch die Beschaltung des Schalterausgangs mit weiteren Speicherkondensatoren in Betracht kommen. Verfügt der Schalter nicht über eine Funktion zur Blockierung von Rückströmen, dann sollte der Eingangskondensator in jedem Fall größer als der Ausgangskondensator sein. Andernfalls kann der Eingang über die Body-Diode des FETs geklemmt werden, wobei ein hoher Strom vom Ausgang zum Eingang fließt.
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