DC/DC-Wandler
Problemlöser mit Potenzial
Gleichspannungswandler sind unersetzlicher Bestandteil im modernen Schaltungsdesign. Doch was ist bei der Auswahl für die eigene Applikation zu beachten?
So groß wie die Bandbreite der Anwendungen ist auch das Spektrum der benötigten Stromversorgungen. Diese wandeln entweder Wechselstrom in Gleichstrom um (AC/DC) oder verändern den Wert einer Gleichspannung (DC/DC).
Für den Betrieb benötigen elektronische Schaltungen überwiegend Gleichspannung – oft mehrere unterschiedliche Potenziale gleichzeitig. Während früher die benötigten drei, vier oder mehr Ausgangsspannungen mit Netzteilen erzeugt wurden, hat sich im Schaltungsdesign heute vielfach die Distributed-Power-Architektur durchgesetzt, da der Wirkungsgrad hierbei deutlich besser ausfällt. Moderne Systemdesigns beruhen daher häufig auf einem AC/DC-Netzteil (Front-End) mit einer einzelnen, meist relativ hohen Gleichspannung am Ausgang, Busspannung genannt, aus der nachgelagerte DC/DC-Wandler die von den Baugruppen benötigten Gleichspannungen dort erzeugen, wo sie benötigt werden (PoL, Point of Load). Typische Beispiele sind Industrieanlagen mit einer Busspannung von 24 V oder Telekommunikationssysteme mit 48 V. Prozessoren und Digitalschaltungen benötigen meist 3,3 V oder 5 V, ±15 V sind für Operationsverstärker typisch.
Mit der Anwendung im Blick
Aufgabe eines DC/DC-Wandlers ist es, eine Eingangsspannung, die eventuell variabel ist, in eine oder mehrere konstante Ausgangsspannungen oder einen konstanten Ausgangsstrom mit geringer Varianz umzusetzen. Grundsätzlich sind für die Bemessung eines Wandlers neben Parametern wie Leistung sowie Ein- und Ausgangsspannung die Betriebsbedingungen der Applikation zu klären. Handelt es sich um eine industrielle Anwendung, wird ein medizinisches Produkt ausgestattet oder ist gar eine Applikation für Luft- und Raumfahrt gewünscht?
Jede dieser Anwendungen erfordert spezielle Produkteigenschaften. Zum einen ist neben dem richtigen Eingangsspannungsbereich eine angemessene Isolation zwischen Ein- und Ausgang gefragt. Weiter ist auf mögliche Störgrößen zu achten – sei es ein erweiterter Bereich der zulässigen Umgebungstemperatur oder eine hohe Strahlungsfestigkeit für Raumfahrt- und Satellitenanwendungen. Zum anderen spielen die Komponenten und Materialien eine große Rolle. Im Bahnbereich beispielsweise müssen der Verguss und die Gehäusematerialien besonderen Anforderungen bezüglich Brandverhalten genügen. Für alle diese Anforderungen gibt es Normen und Richtlinien, nach denen akkreditierte Labore prüfen und zertifizieren. Darüber hinaus sind auch die Bauformen und Möglichkeiten zur maschinellen Bestückung für die Auswahl ausschlaggebend.
Man unterscheidet zwischen Wandlern mit und ohne galvanische Trennung. Letztere gestatten einen kompakten und kostengünstigen Aufbau. Bei Ersteren sind Eingang- und Ausgangsseite zusätzlich geschützt und damit auch die einzelnen Schaltungsteile. Die Wandler werden in aller Regel als gekapselte, oft vollständig geschirmte Module angeboten, die häufig für die automatische Platinenbestückung geeignet sind.
Die Eingangsspannungsbereiche werden mit Bezeichnungen wie 2:1 oder 4:1 ausgewiesen. Die Bedeutung liegt in der zulässigen Abweichung vom Nominalwert der Eingansspannung. Zur Verdeutlichung ein Beispiel: Ein 4:1-Wandler mit nominal 24 V Eingangsspannung arbeitet bereits mit einer minimalen Eingangsspannung von 9 V bis hin zu einer maximalen Eingangsspannung von 4 × 9 V = 36 V. Die Hersteller gehen mehr und mehr zu großen Eingangsspannungsbereichen über. Bei manchen Modellen lässt sich über einen Trim-Eingang die Ausgangsspannung in einem begrenzten Bereich von z. B. ±10 Prozent feinjustieren. Darüber hinaus gibt es auch Modelle zum ferngesteuerten Ein- und Ausschalten.
- Problemlöser mit Potenzial
- Kompakte Bauform und großer Eingangsspannungsbereich
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