Startseite > Optoelektronik > LED/Lighting > Boost Converter für tragbare Elektronikgeräte auslegen

Die richtige Schottky-Diode finden

Boost Converter für tragbare Elektronikgeräte auslegen

24. Mai 2017, 10:30 Uhr | Von Steven Shackell

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Auftretende Ströme im Aufwärtswandler

Für die Spezifikation einer Schottky-Diode ist es notwendig, die verschiedenen Ströme zu kennen, die im Aufwärtswandler auftreten. Der zeitliche Verlauf der Ströme ist in Bild 2 dargestellt. Es handelt sich dabei um folgende Größen:

Der durchschnittliche Eingangsstrom _(Iin(avg)): Er ist gleichzeitig der Strom, der im zeitlichen Mittel durch die Schottky-Diode fließt, wenn sie in Durchlassrichtung betrieben wird.
Der maximale Spulenstrom (_Ipk): Dieser Strom fließt durch die Schottky-Diode, wenn der MOSFET ausgeschaltet wird. Sein Wert klingt linear ab, wenn das Magnetfeld der Spule in seiner Stärke nachlässt, bis der MOSFET wieder einschaltet, um den nächsten Zyklus zu beginnen.
Der Ausgangsstrom (I_out): Dieser wird von dem ins System eingebauten Controller geregelt. Bei LED-Hinterleuchtungen liegt der Ausgangsstrom normalerweise zwischen 15 mA und 25 mA pro LED-Streifen.

Der maximale Spulenstrom I_pk des Aufwärtswandlers lässt sich durch Verwendung von Gleichung 2 berechnen. Gleichung 3 gibt den Wert von _Iin(avg).

$I subscript p k end subscript space equals space fraction numerator I subscript o u t space times space end subscript U subscript o u t end subscript over denominator U subscript i n end subscript times e f f i c i e n c y end fraction plus fraction numerator U subscript i n end subscript over denominator 2 times f times L end fraction times left parenthesis 1 minus fraction numerator U subscript i n end subscript space times e f f i c i e n c y over denominator U subscript o u t end subscript end fraction right parenthesis space space space space space left parenthesis 2 right parenthesis$

$I subscript i n left parenthesis a v g right parenthesis end subscript space equals space fraction numerator 2 times I subscript p k end subscript minus begin display style U subscript i n end subscript over L end style times D times begin display style 1 over f end style over denominator 2 end fraction space space space space space left parenthesis 3 right parenthesis$

Efficiency = Wirkungsgrad des Hochsetzstellers.
L = Drosselinduktivität.
f = Schaltfrequenz des MOSFET.

Matchmaker+ Anbieter zum Thema

zu Matchmaker+

Relevante Kenngrößen für die Wahl der Schottky-Diode

Es gibt zahlreiche Parameter, die bei der Auswahl einer Schottky-Diode für eine LED-Hinterleuchtung berücksichtigt werden müssen. Zu den wichtigsten zählen:

maximaler Durchlassstrom (Forward Current, I_F): der maximale Gleichstrom, den das Gerät aufnehmen kann. Er steht in unmittelbarem Zusammenhang mit den Werten von I_pk und_Iin(avg).
maximale Sperrspannung (Peak Reverse Voltage, U_R): Sie wird definiert als die maximale Spannung, die über der Diode in Sperrrichtung angelegt werden kann. Für die Implementierung eines Hochsetzstellers ist diese Spannung gleich der Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers. Das Controller-Element des Aufwärtswandlers sollte in jedem Fall einen integrierten Überspannungsschutz beinhalten. Die Sperrspannung der Schottky-Diode sollte dann so nahe wie möglich am Schwellenwert des Überspannungsschutzes liegen, um den Wirkungsgrad des Hochsetzstellers nicht unnötig zu senken.
Stoßstromgrenzwert (Surge Non-Repetitive Forward Current, I_FSM): der maximale Strom, den die Diode während einer Überspannungsbedingung schadensfrei leiten kann, wenn dieser in Form eines einzelnen Impulses auftritt.

Höchster periodischer Durchlassstrom (Repetitive Peak Forward Current, I_FRM): der maximale Stromwert, den die Schottky-Diode leiten kann, ohne Schaden zu nehmen, wenn der Strom in Form von kontinuierlichen Impulsen auftritt. Er ist für eine Schottky-Diode immer geringer als der Stoßstromgrenzwert.
Sperrstrom (Reverse Current, I_R) und Durchlassspannung (Forward Voltage, U_F): Diese beiden Parameter sollten gemeinsam betrachtet werden. Halbleiterbausteine, die eine geringe Durchlassspannung aufweisen, haben heute meist einen vergleichsweise hohen Sperrstrom. Da die Schottky-Diode die meiste Zeit über in Sperrrichtung betrieben wird, hat der Sperrstrom eine beträchtliche Auswirkung auf die Verlustleistung der Diode. Es reicht deshalb nicht aus, allein auf eine möglichst geringe Durchlassspannung bei der Schottky-Diode zu achten. Ratsamer ist der Ansatz, die Parameter I_R und U_F gemeinsam zu kombinieren und dann zu bewerten, wie beide zur Gesamtverlustleistung der Diode beitragen. Zur Betrachtung der Verlustleistung können die beiden Gleichungen 4 und 5 herangezogen werden.

$D space equals space fraction numerator U subscript o u t end subscript space plus space U subscript F space minus space U subscript i n end subscript over denominator U subscript o u t end subscript space plus U subscript F end fraction space space space space space space space space space space space space space space space space space space space space space space space space space left parenthesis 4 right parenthesis P subscript D space equals space D times U subscript o u t end subscript times I subscript R plus left parenthesis 1 minus D right parenthesis times U subscript F times I subscript F space space space space space space left parenthesis 5 right parenthesis$