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DC/DC-Wandler im MicroModul-Format

Kompakt und leistungsfähig

20. Oktober 2022, 15:30 Uhr | Von Timur Uludag, Technical Marketing Manager bei Würth Elektronik eiSos

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

MicroModule für 12- und 24-V-Busspannungen

Ist die Ausgangsspannung höher als ein bestimmter Wert, bleiben beide Schalter ausgeschaltet. Da der Ausgangskondensator die einzige Versorgungsquelle für die Last ist, nimmt die Ausgangsspannung mit der Zeit ab. Wenn die Ausgangsspannung auf einen bestimmten Wert abfällt, beginnt der nächste Pulszyklus. Dabei hängt der resultierende Wert des Ripple-Stroms vom Schwellenwert ab, der intern vom Controller-IC eingestellt wird. Durch die einfache Vergrößerung des Ausgangskondensators lässt sich der Ausgangsspannungs-Ripple im PFM-Modus reduzieren. Dem Datenblatt des Power-Moduls lässt sich dabei der Maximalwert für den Ausgangskondensator entnehmen.

MicroModule für 12- und 24-V-Busspannungen

Bislang wurden nur Anwendungen betrachtet, die mit niedrigen Schienenspannungen versorgt werden. Die Versorgung für den DC/DC-Wandler wird hier als stabile, vorgeregelte Versorgungsspannung angenommen. Das bedeutet, dass zwischen dem Standard-24-V-DC-Bus und der niedrigen Schienenspannung ein weiterer Wandler sitzt, der die hohe Busspannung in die Anwendungsspannung (beispielsweise 5 V) umwandelt. Zur Beurteilung der Anforderungen an einen DC/DC-Wandler, der direkt an den 24-V-Bus angeschlossen ist, ist ein induktiver Sensor ein gutes Beispiel.

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Induktive Sensoren für industrielle Umgebungen, die zur Erkennung von Metallobjekten eingesetzt werden, werden mit einem 24-V-Eingang versorgt und benötigen 5 V für ihre interne Logik. Für diese Art von Power-Modulen sind zwei Eigenschaften besonders wichtig. Ein entscheidendes Kriterium ist die Robustheit des Power-Moduls gegenüber kurzfristigen Änderungen der 24-V-Eingangsspannung, sogenannten Spannungstransienten. Zweitens muss der DC/DC-Wandler sehr klein sein, damit er in ein M12-Gewinderohr passt, und gleichzeitig einen ausgezeichneten Wirkungsgrad aufweisen, um ein gutes thermisches Verhalten zu gewährleisten.

Klassischerweise ist der 24-V-DC-Bus im industriellen Umfeld nach IEC 61131-2 auf 19,2 bis 30 V spezifiziert. In der Realität entscheiden jedoch verschiedene Faktoren, wie stark die 24 V von diesem Toleranzbereich abweichen. Ist beispielsweise die 24-V-Versorgungsleitung parallel zur Steuerleitung eines Frequenzumrichters verlegt, werden die Impulse kapazitiv gekoppelt und die 24 V schwingen im Pulsmuster des Frequenzumrichters.

In ähnlicher Weise verursacht ein an die Schienen angeschlossener Gleichstrommotor beim Bremsen oder Lastabwurf einen kurzzeitigen Anstieg der 24-V-Busspannung. Diese Störungen können schnell den Normalbereich verlassen und die angeschlossenen Anwendungen irreparabel schädigen.

Durch seinen extrem weiten Eingangsspannungsbereich, seine einstellbare Ausgangsspannung und das sehr gute thermische Verhalten in einem kompakten Gehäuse (Bild 4) bietet das MicroModul 171930601 von Würth Elektronik eiSos eine Lösung für all diese Designprobleme:

Weiter Eingangsspannungsbereich von 3,5 bis 36 V
Sehr flaches LGA-8-Gehäuse
Power-Good-Indikator zur Anzeige des VOUT-Status
Geringe leitungsgebundene und abgestrahlte EMI (konform mit EN 55032 Klasse B/CISPR-32)
Unterstützt bis zu drei Lötzyklen

Zu den gängigen Anwendungen gehören HVAC, Gebäudesteuerung, IoT, Sensoren und Point-of-Load-DC/DC-Wandler von 24-V-, 18-V-, 15-V-, 12-V-, 9-V- bis 5-V-Industrieschienen.