DC/DC-Wandlermodule
Bricks richtig ausgewählt
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Temperatur als begrenzender Faktor
Letztlich ist die Temperatur des Wandlers der begrenzende Faktor in Bezug auf seine maximale Ausgangsleistung. Natürlich verfügen heutige DC/DC-Wandler alle über integrierte Schutzschaltungen, die den Wandler bei Übertemperatur (oder Fehlerzuständen) abschalten - aber dies ist bei einem notwendigen Dauerbetrieb nicht wünschenswert.
Art der Last
Es kommt relativ selten vor, dass eine Anwendung eine blindleistungsfreie und stets gleichmäßige Last für einen DC/DC-Wandler darstellt. Dessen Wirkungsgrad bei geringer Last gewinnt immer mehr an Bedeutung, wenn es darum geht, die Energieeffizienz zu erhöhen und den CO2-Ausstoß zu verringern. Bei Rechenzentren beispielsweise laufen die Stromversorgungssysteme zu 80% der Zeit mit nur 20% ihrer maximalen Leistung.
Die Leistungsanforderungen ändern sich dabei je nach Datendurchsatz. Wandler, die bei niedriger Last relativ effizient arbeiten, bieten insgesamt eine bessere Performance als Wandler mit einem minimal höheren Wirkungsgrad bei Volllast, aber niedrigerem Wirkungsgrad bei niedriger Last. Auch das dynamische Verhalten des Wandlers kann in bestimmten Anwendungen von Bedeutung sein, also wie schnell sie auf Lastsprünge reagieren. Dies wird als Stromanstiegsgeschwindigkeit (di/dt) bezeichnet. Die Amplitude jedes Lastsprungs muss ebenfalls berücksichtigt werden - zusammen mit der maximalen Spannungsabweichung, welche die Last verarbeiten kann. Bis der Wandler sich auf den neuen Arbeitspunkt eingeregelt hat, überbrücken externe Kondensatoren den zusätzlichen Bedarf.
Eingangsspannungsbereich
Wählt man einen DC/DC-Wandler mit einem weiten Eingangsspannungsbereich, lässt sich das gleiche Produkt in mehreren Anwendungen einsetzen. Als Vorteil lassen sich höhere Stückzahlen einkaufen, was Preisnachlässe mit sich bringt und das Bestandsmanagement verringert. Wandler mit einem Eingangsspannungsbereich von 2:1 waren einst die Norm. Nun bieten Produkte mit einem Eingangsbereich von 4:1 viel mehr Flexibilität bei der Anwendung. So können einige Produkte von Murata Power Solutions mit Eingangsspannungen von 9 V bis 36 V oder von 18 V bis 75 V DC aufwarten.
Abgleich der Ausgangsspannung
Die Möglichkeit, die Ausgangsspannung abzugleichen, erhöht die Flexibilität eines DC/DC-Wandlers. Meist lassen sich die Ausgänge um ±10% variieren, ohne dass sich dabei der verfügbare Ausgangsstrom ändert. Wird auf eine höhere Spannung abgeglichen, sollte der höhere Energiebedarf im Wandler berücksichtigt werden, was Auswirkungen auf das Wärmemanagement hat.
Isolierung
Eine galvanische Isolierung ist nicht immer erforderlich, aber sie erhöht immer die Kosten und verringert den Wirkungsgrad. Ein isolierter Wandler sollte daher nur dann gewählt werden, wenn eine Isolierung wirklich erforderlich ist. Dies ist der Fall, wenn Sicherheitsbestimmun-gen einzuhalten sind, die Störfestig-keit höher sein soll oder eine alternative Bezugsmasse vorliegen soll. Telekom-Anwendungen basieren meist auf einem 48-V-Eingang (Plus an Masse), während bei den Ausgängen Minus an Masse liegen muss. Medizintechnische Geräte haben besonders strenge Anforderungen hinsichtlich Isolation und Leckströme. Diese Bestimmungen sind in der IEC 60601 ausgeführt. In DC/DC-Wandlern isolieren Transformatoren die Eingänge von den Ausgängen.
Der Autor:
Paul Knauber ist Field Application Engineer bei Murata Power Solutions.
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