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Anforderungen an DC/DC-Wandler

7. November 2016, 11:55 Uhr | Ralf Higgelke

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Weitere Anforderungen an DC/DC-Wandler

Jede dieser Anwendungen erfordert spezielle Produkteigenschaften. Zum einen ist neben dem richtigen Eingangsspannungsbereich eine angemessene Isolation zwischen Ein- und Ausgang gefragt. Weiterhin ist auf mögliche Störgrößen zu achten – sei es nur ein erweiterter Bereich der zulässigen Umgebungstemperatur oder eine hohe Strahlungsfestigkeit für Raumfahrt- und Satellitenanwendungen. Zum anderen spielen die verwendeten Komponenten und Materialien eine große Rolle. Im Bahnbereich beispielsweise müssen der Verguss und die Gehäusematerialien besonderen Anforderungen bezüglich Brandverhalten genügen. Für alle diese Anforderungen gibt es Normen und Richtlinien, nach denen akkreditierte Labore prüfen und zertifizieren. Natürlich sind darüber hinaus auch die Bauformen und Möglichkeiten zur maschinellen Bestückung für die Auswahl ausschlaggebend.

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Wandlern mit und ohne galvanische Trennung. Letztere gestatten einen kompakten und damit kostengünstigen Aufbau. Bei Ersteren sind Eingang- und Ausgangsseite zusätzlich geschützt und damit auch die einzelnen Schaltungsteile. Die Wandler werden in aller Regel als gekapselte, oft vollständig geschirmte Module angeboten, die häufig für die automatische Platinenbestückung geeignet sind.

Die Eingangsspannungsbereiche werden mit Bezeichnungen wie 2:1 oder 4:1 ausgewiesen. Die Bedeutung liegt in der zulässigen Abweichung vom Nominalwert der Eingansspannung. Zur Verdeutlichung ein Beispiel: Ein 4:1-Wandler mit nominal 24 V Eingangsspannung arbeitet bereits mit einer minimalen Eingangsspannung von 9 V bis hin zu einer maximalen Eingangsspannung von 4 x 9 V = 36 V. Generell ist zu beobachten, dass die Hersteller mehr und mehr zu großen Eingangsspannungsbereichen übergehen. Bei manchen Modellen lässt sich über einen Trim-Eingang die Ausgangsspannung in einem begrenzten Bereich von z. B. ±10 Prozent feinjustieren. Darüber hinaus gibt es auch Modelle mit Eingängen zum ferngesteuerten Ein- und Ausschalten.

Neben kompakter Bauform zeichnen sich gute Produkte durch einen großen Eingangsspannungsbereich und eine hohe Effizienz von über 90 % aus. Dies bewirkt, dass sich das Bauteil im Nennbetrieb nur wenig erwärmt und freie Luftkonvektion zum Kühlen ausreicht.

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Bei der Auswahl geeigneter DC/DC-Wandler ist es wichtig, auch die voraussichtliche Arbeitstemperatur im Blick zu haben. Hierbei ist entscheidend, ab welcher und bis zu welcher Temperatur der Wandler ohne Einschränkung arbeitet. Für sehr kalte oder warme Umgebungen eignen sich Produkte mit erweitertem Arbeitstemperaturbereich. Beispielsweise sind Modelle der »SBT01«-Serie von Mean Well (Bild 1) für einen typischen Bereich von –40 °C bis +85 °C, unter Berücksichtigung eines entsprechenden Deratings, spezifiziert. Eine elektrische Isolation zwischen Ein- und Ausgang verhindert zudem, dass Spannungsspitzen durchschlagen und den Wandler und/oder nachfolgende Schaltungsteile beschädigen. Typische Isolationsspannungen reichen von 500 V(DC) bis über 3000 V(DC) oder sogar 6000 V(DC) für z. B. medizinische Anwendungen. Weiterhin sind Parameter wie zulässige Betriebshöhe (Höhe gegenüber Normalhöhennull) oder Vibrationsfestigkeit nicht zu unterschätzen und in den Datenblättern nachzuschlagen.

Darüber hinaus ist das EMV-Verhalten für die meisten Applikationen entscheidend. Das generelle Design der Wandler muss so bemessen sein, dass die Ausgangsspannung eine möglichst geringe Restwelligkeit hat. Auch in dieser Hinsicht geben die Datenblätter entsprechend Auskunft, ob die Wandler im geforderten Bereich arbeiten, oder ob eventuell externe Komponenten (zusätzliche Kondensatoren) für die Einhaltung der geforderten Werte erforderlich sind. Wichtig ist auf jeden Fall für den Anwender, dass er die Anforderungen und die einzuhaltenden Normen kennt und benennen kann. Erst dann kann ein Distributor wie Emtron unterstützend bei der Produktauswahl zur Seite stehen.

Marktübliche Wandler gibt es für Leistungen von einigen hundert Milliwatt bis hin zu mehreren hundert Watt. So unterschiedlich die Leistungen, so verschieden auch die gebräuchlichen Bauformen. Diese reichen von SMD, SIL oder DIL für den Leistungsbereich bis ca. 10 W, über die zölligen Baugrößen für Leistungen bis ca. 40 W bis hin zu den Brick-Wandlern für große Leistung. Ein Quarter-Brick steht für eine Gehäusegröße mit einer Grundfläche von etwa 37 mm x 58 mm, ein Half-Brick misst 58 mm x 61 mm und ein Full-Brick kommt auf 117 mm x 61 mm. Diese Größeneinteilung beruht noch auf dem bei den Herstellern gebräuchlichen zölligen Maßsystem. Je nach Leistung und Bauform gibt es darüber hinaus die Möglichkeit, bei Bedarf Kühlkörper anzuklemmen oder anzuschrauben.