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DC/DC-Wandler

Schaltreglerdesigns optimieren

23. Juni 2016, 8:21 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Besonderheiten im industriellen Umfeld

Neben der Effizienz kommt gerade im industriellen Umfeld die Forderung nach hoher Zuverlässigkeit und damit nach hohen Durchbruchspannungen hinzu. So lassen sich Schäden durch kurzzeitige Stoßspannungen und Spannungsspitzen (Blitzschlag) vermeiden. Rohms neuer nicht-isolierter DC/DC-Abwärtswandler BD9G341AEFJ mit integriertem 76-V-MOSFET verkraftet Eingangsspannungen von 12 V bis 76 V und 3 A Ausgangsstrom bei variabler Ausgangsspannung.

Der Baustein unterstützt eine fest einstellbare PWM-Frequenz, kurzzeitig erhöhte Eingangsspannungen bis 80 V und bietet somit Reserven für kurzzeitige Stoßspannungen, wie sie in Kommunikationsnetzen, Systemen der Fabrikautomatisierung und in industriellen Maschinen auftreten können, die normalerweise mit z. B. 48 V betrieben werden. Die Schaltfrequenz lässt sich in einem Bereich von 50 kHz bis 750 kHz per externem Widerstand einstellen (typisch 200 kHz). Somit lässt sie sich z. B. in einen weniger EMV-kritischen Bereich legen. Der Effizienzgewinn gegenüber konventionellen vergleichbaren Produkten beträgt beim BD9G341A im stabilen Betrieb 1,5 %; bei 300 kHz Schaltfrequenz, 48 V Eingangsspannung und 5 V Ausgangsspannung sogar 19 % (Bild 2).

Die Schutzfunktionen des Schaltregler-ICs bieten Schutz gegen Überstrom (OCP), Unterspannung (UVLO), Überspannung (OVP) und Übertemperatur (TSD). Herkömmliche Schutzfunktionen verhindern in der Regel nicht die bei kurzgeschlossenen Ausgängen entstehende Wärmeentwicklung, die zu Überhitzung und sogar Beschädigung führen kann. Der proprietäre Überstromschutz des Bausteins hingegen minimiert die Wärmeentwicklung bei unabsichtlich kurzgeschlossenem Ausgang, verhindert, dass Schäden entstehen, und steigert so die Systemzuverlässigkeit. Der Kurzschlussschutz deaktiviert nach Entdecken eines Kurzschlusses den Ausgang für z. B. 20 ms. Der Unterspannungsschutz wurde bereits zuvor erwähnt.

Eine zusätzliche Möglichkeit der Unterspannungserkennung bietet der EN-Eingang (Enable), der sonst ein extern gesteuerter Ein/Aus-Schalter ist. Hier kann der Anwender über einen externen Spannungsteiler eine beliebige Schwelle einstellen, die das IC bei Erreichen in den Standby-Zustand versetzt. Zum Verlassen des Standby-Zustands muss eine Hystereseschwelle überwunden werden. Der Überspannungsschutz bezieht sich auf die Ausgangsspannung. Wird die nominelle Ausgangsspannung um 20 % überschritten, schaltet der Ausgang ab. Auch der Übertemperaturschutz schaltet den Ausgang und den Komparator ab. Die maximale Erkennungsschwelle liegt bei etwa +150 °C IC-Temperatur.

Der BD9G341AEFJ wird in einem 8-Pin-Gehäuse mit den Maßen 4,9 mm x 6,0 mm x 1,0 mm angeboten. Wegen des hohen Integrationsgrads sind zur Inbetriebnahme nur wenige externe Bauelemente nötig.