RUTRONIK POWER Trends in der Hochleistungselektronik

»Digital Power«, funktionale Sicherheit« und Robustness haben aktuell die größten Auswirkungen auf Betriebsbedingungen, Technik und Herstellungsmethoden in der Hochleistungselektronik. Unterstützung in diesem komplexen Feld und bei der Produktauswahl bietet Rutronik mit RUTRONIK POWER.

Digital Power, auch „Intelligent Digital Power“ genannt, steht in der Elektrotechnik für digital geregelte, gesteuerte oder überwachte Netzteile. Während bei herkömmlichen Schaltnetzteilen eine Analogschaltung die Ausgangsspannung regelt und überwacht, übernimmt bei Digital-Power-Netzteilen ein Mikrocontroller oder DSP eine oder mehrere dieser Funktionen.

Dadurch kann jederzeit in den Regelprozess eingegriffen werden, um diesen an die aktuellen Anforderungen des Netzteils anzupassen und so den Wirkungsgrad des Netzteils zu erhöhen. Gleichzeitig steigt jedoch auch der Entwicklungsaufwand. Um ihn zu reduzieren, unterstützt RUTRONIK POWER seine Kunden bei der Produktentwicklung auf Applikationsebene mit einer großen Mannschaft an FAEs und Produktmanagern mit spezifischer Power-Expertise. Sie helfen Kunden bei der Beantwortung von Fragen wie: Welche Bauteile erfüllen am besten die Anforderungen der zunehmend komplexeren Stromversorgungssysteme? Welche alternativen Ansätze und Architekturen kann ich für meine Applikation nutzen? Was steckt hinter der digitalen Leistungsversorgung, und welche Vorteile bietet sie mir?

Mit Hilfe der Digitaltechnik lassen sich neben einem höheren Wirkungsgrad auch die Anforderungen der immer komplexer werdenden Stromversorgungssysteme erfüllen: hohe Leistungsanforderungen von bis zu über 100 A bei weniger als 1 V Betriebsspannung, große Lastsprünge bei gleichzeitig enger Ausgangstoleranz sowie eine höhere Effizienz, wie sie verschiedene Initiativen und die Gesetzgebung fordern, etwa mit der “80 PLUS“-Zertifizierung.

Dabei ist zu unterscheiden zwischen „Power Control“ (Leistungsregelung) und „Power Management“ (Leistungsverwaltung). Unter „Power Control“ fallen die Regelungsfunktionen innerhalb einer Stromversorgung selbst, darunter die Rückkopplungsschleife und die internen Funktionen. „Power Control“ muss in harter Echtzeit arbeiten, genauso wie die Schaltfrequenz der Stromversorgung. Diese Art von Regelung lässt sich sowohl mit analogen als auch mit digitalen Schaltkreisen implementieren. „Power Management“ hingegen bezieht sich auf die Kommunikation und/oder Regelung außerhalb einer oder mehrerer Stromversorgungen. Hierzu zählen Funktionen wie Konfiguration, Regelung und Überwachung einzelner Stromversorgungskreise eines Systems sowie die Kommunikation bei der Fehlererkennung.

Power-Management-Funktionen müssen nicht in Echtzeit ablaufen, sie arbeiten in einem deutlich größeren Zeitrahmen als die Schaltfrequenz. Sie vereinen analoge und digitale Techniken: Zum Beispiel wird über Widerstände die Ausgangsspannung eingestellt, während das Power-Sequencing (Ablaufsteuerung) Steuerungsanschlüsse zu jeder Versorgung benötigt. Somit ist die digitale Regelung bei Änderungen der Netz- und Lastzustände flexibler als die analoge. Analoge Lösungen sind meist nur für einen Teil von Regelungsparametern konfiguriert; digitale Regelungen hingegen können die Parameter in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Wandlers ändern. Das bedeutet, dass die digitale Regelung einen Betrieb im diskontinuierlichen Modus ermöglicht – auch wenn die Stromversorgung unter hohen Lastbedingungen Schaltzyklen auslässt – ohne den Nachteil einer schlechten dynamischen Performance. Somit dominieren zwei Faktoren: höhere Leistungsfähigkeit sowie Energieeinsparung/Effizienz.

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