Digitale Stromversorgung
Wie funktioniert "digital power"?
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Digitale Power-Controller mit Zusatzfunktionen
Bei den Controller-ICs von Intersil Zilker Labs handelt es sich um Abwärtsregler mit Synchrongleichrichtung. Für einen Betrieb mit hohem Wirkungsgrad ist es wichtig, die optimale Totzeit für die beiden Leistungs-MOSFETs am Ausgang zu finden. Die digitalen Power-Controller-ICs von Intersil Zilker Labs überwachen die Spannung am unteren MOSFET und ermöglichen so eine automatische Optimierung der Totzeit.
Im neuesten Controller-IC, dem ZL6105 wurde eine Funktion zur automatischen Kompensation des digitalen Regelkreises implementiert. Jeder Regelkreis benötigt ein Kompensationsglied, um stabil zu arbeiten. Je mehr Parameter dabei veränderbar sind, desto schwieriger wird es diese Kompensationsschaltung zu dimensionieren. Zu den Schwankungen der Eingangsspannung, die ausgeregelt werden müssen, kommt z.B. hinzu, dass der Gleichstromwiderstand der Spule mit steigender Erwärmung durch die Strombelastung größer wird. Die Kondensatoren am Ausgang verlieren dafür mit der Zeit an Kapazität usw. Der ZL6105 bietet die Möglichkeit, selbsttätig die optimale Kompensation zu finden – bei jedem Einschalten, regelmäßig in gewissen Zeitabständen oder einmalig während der Entwicklung oder beim Endtest der Platine.
Zur Steigerung des Wirkungsgrades bieten die digitalen Power-Controller-ICs eine adaptive Anpassung der Schaltfrequenz und eine sogenannte Dioden-Emulation. Sie wird eingesetzt, wenn nur kleine Lastströme fließen. Dann verhält sich der untere Leistungs-MOSFET wie eine Diode. Dreht sich die Stromrichtung in der Spule um, wird der MOSFET ausgeschaltet und somit kann keine Ladung mehr vom Kondensator über den Leistungs-MOSFET nach Masse abfließen.
Die Entwicklung eines Netzteils mit digital geregelten Schaltwandlern unterscheidet sich nur zum Teil von der Entwicklung analog geregelter Stromversorgungen. An der Auswahl der Spule, der Kondensatoren und der Leistungs-MOSFETs ändert sich nichts. Anstatt die Ausgangsspannung, die Schwellen für Über- und Unterspannung, Überstrom usw. durch externe Beschaltung des Controller-ICs einzustellen, wird bei den digitalen Controllern jetzt über den PMBus konfiguriert. Entsprechende PC-Programme erleichtern dem Entwickler hierbei die Arbeit (Bild 3).
Die Software von Intersil Zilker Labs erlaubt dem Entwickler sogar, die Bausteine direkt in einer Zielapplikation zu konfigurieren (Bild 4). Notwendig sind dabei nur drei Kontakte: das Clock- und das Datensignal des PMBus und Masse.
Digitale Schaltregler wie die Controller-ICs von Intersil Zilker Labs sind für alle Anwendungen interessant, in der komplexe Stromversorgungen zu realisieren sind. Je komplexer, umso mehr kommt die Leistungsfähigkeit dieser digitalen Power-Controller zum Tragen, da sie durch die Vielzahl der integrierten Funktionen die externe Beschaltung zu einem Großteil überflüssig machen. Typische Applikationen sind z.B. Datenkommunikationssysteme und Datenverarbeitungssysteme. Ein weiterer Einsatzschwerpunkt sind Gleichspannungswandler-Module: Alle digitalen Power-Controller sind mit dem standardisierten PMBus ausgestattet. Über diesen Bus lassen sich die Module dann den jeweiligen Aufgaben entsprechend konfigurieren. Dies spart Kosten, da mit ein und demselben Modul eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten abdeckt werden, für die früher dedizierte Module entwickelt, produziert und bevorratet werden mussten.
2. digital power congress in München
Mehr Informationen zu digital geregelten Leistungswandlern und zum digitalen Powermanagement bietet der 2. digital power congress der Elektronik am 12. Oktober 2011 in München. Hier informiert z.B. Chris Young von Intersil detailliert über die automatische Kompensation bei digitalen Schaltwandlern. Er leitet auch einen Workshop am 11. Oktober 2011 und führt in die Entwicklung digital geregelter Stromversorgungen, basierend auf den digitalen Power-Controllern von Intersil Zilker Labs, ein.
Der Autor:
| Dietmar Braun |
|---|
| ist seit 2006 Applikationsingenieur bei Intersil. Zuvor war er ab 1994 in der gleichen Funktion bei anderen Halbleiterherstellern tätig. Er arbeitete acht Jahre in der Entwicklung im Telekommunikationsbereich. Sein Diplom erhielt er an der FH Gießen-Friedberg. |
DBRAUN@intersil.com
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