PassThru-Technologie
Mehr aus dem Energiespeichersystem herausholen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Der Wirkungsgrad erhöht sich um mindestens 5 Prozent
Bild 3 zeigt das Wirkungsgradprofil des DC2814A-A-Demo-Boards mit dem LT8210, und zwar im Bereich der Eingangsspannung von 4 bis 24 V und mit einer Last, die im Bereich von 10 bis 80 Prozent variiert. Mit dem LT8210 arbeitet dieses Demo-Board mit einer Eingangsspannung von 4 bis 40 V, mit einem Volllaststrom von bis zu 3 A und einer Ausgangsspannung von 8 bis 16 V. Im PassThru-Modus erhöht sich der Wirkungsgrad bei höherer Last um bis zu 5 Prozent, bei geringerer Last und um bis zu 17 Prozent, z. B. bei einer Last von 10 Prozent bezogen auf den Buck-Boost-Betrieb. Das heißt: Bei geringer Last führt der PassThru-Modus ganz klar zu einer deutlichen Verbesserung des Wirkungsgrads.
Dabei ist noch anzumerken: Der PassThru-Modus des LT8210 erlaubt zwar die Einstellung von unterschiedlichen Boost- und Buck-Ausgangsspannungen, aber in dem Moment, in dem die Eingangsspannung nahe der eingestellten Ausgangsspannung liegt, stellt sich der Buck-Boost-Bereich ein. Dieser Buck-Boost-Bereich im LT8210 ist auf die Überschneidung der Buck- und Boost-Regelungsbereiche in Bezug auf eine Stromregelung mit einer Spule zurückzuführen.
Um die Auswirkungen des PassThru-Modus zu verstehen, betrachten wir das System in Bild 4. Der Buck-Boost-Wandler mit vier Schaltern wird als Vorregler für einen PoL-Wandler (PoL: Point of Load) eingesetzt, der als Motortreiber fungiert. Die Stromquelle ist ein 24-V-Superkondensator, der Gleichstrommotor benötigt laut Spezifikation Eingangswerte von 9 V und 0,3 A. Der Abwärts-/Aufwärtswandler nutzt entweder den PassThru-Modus oder die herkömmliche 4-Schalter-Abwärts-/Aufwärtsregelung im kontinuierlichen Betrieb (CCM). Allerdings ist auch zu beachten, dass die herkömmliche Abwärts-/Aufwärts-Regelung mit keinem PassThru-Modus nur über den Abwärts-, Aufwärts- und Buck-Boost-Modus verfügt (Bild 3).
Bei dem System, das den PassThru-Modus nutzt, ist die Ausgangsspannung im Boost-Modus auf 12 V und im Buck-Mode auf 27 V eingestellt. Damit ist es möglich, dass die Startspannung des Superkondensators innerhalb der Grenzen des Durchgangsbereichs liegt. Das System arbeitet also im PassThru-Modus, wenn die Spannung zwischen den Werten des Superkondensators von 24 bis 12 V liegt. Während dieser Zeit liegt der Wirkungsgrad bei 99,9 Prozent.
Es ist zu beachten, dass der Wandler im Abwärts-/Aufwärts-Modus arbeitet, was zu einem Einbruch des Wirkungsgrads führt, bevor er in den Aufwärts-Modus übergeht. Allerdings ist auch festzuhalten, dass das System, das im konventionellen Abwärts-/Aufwärts-Modus betrieben wurde, so eingestellt war, dass es mit einer konstanten Ausgangsspannung von 16 V gelaufen ist, um die Ausgangsspannung in der Mitte des Durchlassbereichs einzustellen.
Bild 5 zeigt einen Vergleich des Wirkungsgrades der beiden Buck-Boost-Wandler, wenn bei beiden die Eingangsspannung von 4 auf 24 V bei 2,7 W steigt. Der PassThru-Modus erhöht den Wirkungsgrad zwischen 22 und 27 Prozent im Vergleich zum konventionell geregelten System. Um den Unterschied zwischen den beiden Systemen weiter zu validieren, wurden sie mit der Batterie-Emulator-Funktion des IT6010C-80-300 von Itech getestet.
Folgende Einstellungen wurden verwendet, um das Verhalten des Superkondensators mit einer Laufzeit von mindestens 120 Sekunden zu emulieren:
Startspannung von 24 V, Endspannung von 0 V, elektrische Ladung von 0,005 Ah und Innenwiderstand von 0,01 mΩ. Bild 6 zeigt die Signalverläufe der beiden Systeme. Kanal 1 bezieht sich auf die Emulatorspannung der Batterie, Kanal 2 zeigt die Motorspannung und Kanal 3 den Motorstrom. Das System mit PassThru-Technologie arbeitete 224 Sekunden lang, während das konventionell geregelte System nur 150 Sekunden lang arbeitete. Somit wurde für das System im PassThru-Modus eine um 49 Prozent längere Betriebszeit festgestellt.
Zusammenfassung
Die PassThru-Technologie ist eine wichtige Komponente für eine optimale Leistung in jedem Gerät, in dem Superkondensatoren verwendet werden. Der Einsatz des synchronen Abwärtsreglers LT8210 mit PassThru-Modus kann den Wirkungsgrad eines solchen Geräts im Vergleich zu einem konventionell (mit CCM betriebenen Abwärtsregler) geregelten System erheblich verbessern. In diesem Beispiel ermöglichte der PassThru-Modus einen um 27 Prozent höheren Wirkungsgrad und erhöhte die Gesamtbetriebszeit des Systems, wodurch sich die Betriebszeit des Energiespeichersystems um 49 Prozent verlängerte.
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