DC/DC-Wandler auslegen

Tool bietet schnelle Hilfe für Systemingenieure

14. März 2016, 9:47 Uhr | Henry Zhang

Die Zahl der Versorgungsspannungen und damit auch der Stromversorgungen auf Systembaugruppen steigt ständig. Daher müssen Systemingenieure immer häufiger getaktete Stromversorgungen entwickeln und optimieren. Da diese meist keine Power-Spezialisten sind, wäre ein Software-Werkzeug eine große Hilfe.

von Henry Zhang, Bereichsleiter fürs Power Application Engineering bei Linear Technology.

Stromversorgungen für eine Systembaugruppe zu entwickeln, ist eine komplexe Aufgabe. Nachdem die Spezifikation der Stromversorgung definiert ist, muss der Entwickler zuerst eine Wandlertopologie auswählen, zum Beispiel einen Abwärtswandler (Buck), um Spannungen zu verringern, oder einen Aufwärtswandler (Boost) für Applikationen, die höhere Spannungen benötigen. Als Nächstes muss er ein Power-Management-IC auswählen, entweder basierend auf bisheriger Erfahrung oder mit webbasierten Suchwerkzeugen. Danach hat der Entwickler die Werte der Leistungskomponenten basierend auf seinem Wissen oder den Gleichungen in den Datenblättern der Hersteller auszuwählen. Dann kommt die Wahl der Leistungskomponenten wie Spulen, Kondensatoren und MOSFETs aus tausenden von verfügbaren Bauteilen. Der nächste Schritt besteht darin, den Wirkungsgrad und die Leistungsverluste der Stromversorgung zu bestimmen und gleichzeitig zu gewährleisten, dass der thermische Stress für die Komponenten noch akzeptabel ist.

Aber das ist noch nicht das Ende der Geschichte - die Regelschleife zu dimensionieren ist eine weitere herausfordernde Aufgabe, da diese Schaltung komplex zu modellieren ist und Parameter benötigt werden, die häufig nicht im Datenblatt stehen. Schließlich muss noch der Schaltplan gezeichnet und die Prototypbaugruppe in die Produktion geschickt werden. Nun ist es für den Entwickler an der Zeit, die Baugruppe einzuschalten, um sicher zu sein, dass die Ausgangsspannung nicht oszilliert oder die Baugruppe überhitzt.

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Dieser Entwicklungsablauf ist eine herbe Herausforderung für einen unerfahrenen Stromversorgungsentwickler. Aber selbst für erfahrene Stromversorgungsdesigner sind die konventionelle Methode der "Papierentwicklung" und die Trial-and-Error-Methode zeitaufwendig und schwierig, optimale Ergebnisse sind nicht garantiert. Diese Methode dauert Stunden, Tage oder länger.

Um dem Anwender Zeit und Aufwand zu ersparen und dennoch eine qualitativ hochwertige Lösung zu erreichen, hat Linear Technology das Entwicklungswerkzeug "LTpowerCAD" geschaffen. Dieses bietet einen systematischen Weg, um die Schlüsselparameter einer Stromversorgung in fünf Schritten festzulegen (Bild 1):

Eingeben der Spezifikationen der Stromversorgung und Auswahl einer Lösung;
Optimieren der Komponenten der Leistungsstufe mit Hilfe automatischer Warnungen;
Optimieren des Wirkungsgrads und der Leistungsverluste der Stromversorgung;
Entwickeln der Schleifenkompensation und optimieren des Lasteinschwingverhaltens;
Erstellen eines zusammenfassenden Berichts mit Bestimmung der Stückliste und Leiterplattengröße.

In der Lösungsbibliothek von LTpowerCAD gibt es viele bestehende Designbeispiele wie Demo-Boards und Datenblattschaltungen von Linear Technology. Anwender können solche Lösungen nutzen und sie als schnell einsetzbare Starthilfen für künftige Stromversorgungsdesigns verwenden. Mit diesem Tools können sie auch selbst entwickelte Schaltungen abspeichern und so ihre eigene Bibliothek aufbauen. Darüber hinaus lässt sich ein in LTpowerCAD erstelltes Design für die Simulation in "LTspice" exportieren, um die Signalformen der Stromversorgung im Zeitbereich und das Verhalten bei Störsignalen zu prüfen.