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Neue Voraussetzung im Power Management

Mehr Effizienz mit Hochspannung

17. Mai 2017, 10:33 Uhr | Von Chris Schairbaum und Ramanan Natarajan

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Integration

Eine wichtige Anforderung, die an neue Hochspannungs-Netzteile gestellt wird, ist ihre Umstellung auf eine Größe, die ihre Unterbringung auf einer Leiterplatte in der finalen Anwendung gestattet. Um dieser Forderung gerecht zu werden, strebt TI die Einführung von Single-Chip-Lösungen an, die so viele Bauteile der Stromversorgung integrieren, wie sich mit Blick auf Kosten und Performance praktikabel unterbringen lassen. Wenn eine komplette Systemintegration nicht wirtschaftlich ist oder aus technischen Gründen ausscheidet, weil die einzelnen Funktionen mit verschiedenen Prozessen hergestellt werden, ist die Integration von zwei oder mehr Bauelementen in einem MCM eine tragbare Lösung. Single-Chip- und MCM-Systemlösungen sparen nicht nur Platz, sondern steigern auch die Leistungsdichte und verringern den Bedarf an passiven Materialien wie etwa Wicklungen und Kühlkörpern. Einfacher werden Designs mit diesen Lösungen ebenfalls, weil sie die komplexen internen Impedanzen, die das Netzteildesign so schwierig machen, beseitigen oder zumindest reduzieren.

Isolation

Eine große Herausforderung im Zusammenhang mit der Single-Chip- und MCM-Integration ist die Frage, wie sich die Isolation integrieren lässt. Traditionell erfolgt die Isolation von Netzteilen mit Übertragern beziehungsweise Transformatoren, die als klobige Bauteile neben den ICs platziert werden müssen. Es befinden sich jedoch neue Isolationsmethoden in der Entwicklung, die den Verzicht auf externe Übertrager ermöglichen und das System aus dem Chip oder MCM heraus isolieren. Für die Sicherheit der Anwender und den Schutz des Geräts kommt es darauf an, dass diese neue Technik eine verstärkte Isolation bietet. Diese entspricht mindestens dem Doppelten der für das Funktionieren des Systems erforderlichen Basis-Isolation. Mit ihrem Erscheinen auf dem Markt werden diese integrierten Isolationsmethoden zu unerlässlichen Elementen platzsparender Stromversorgungs-Lösungen werden.

Hochfrequente programmierbare Steuerungen

Selbst die besten Gate-Treiber und Leistungsschalter werden für Schaltnetzteile nutzlos, wenn es an einer präzisen Regelung fehlt. Selbst kleinste Abweichungen würden sonst zu großen Schwankungen werden, die den Wirkungsgrad des Systems schmälern. Allein die hohen Schaltfrequenzen moderner Schaltnetzteil-Designs verlangen nach digitaler Steuerung durch leistungsfähige Zustandsautomaten. Mit innovativen Software Tools können die Designer leichter verstehen, wie sie die Regelung eines digital geregelten Schaltnetzteils mit einem C2000-Mikrocontroller oder einem digitalen Controller vom Typ UCD3138 entwickeln können, wodurch sich der Umstieg von den traditionellen analogen Regelungsmethoden einfacher gestaltet.