Design quasiresonanter Sperrwandler
Nicht nur Verluste minimiert
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Vorteile der Quasiresonanz
Eine quasiresonante Topologie bildet ein System mit variabler Frequenz, die durch die Leitungs-/Lastbedingungen bestimmt wird. Anders gesagt, erfolgt die Regelung dabei durch eine Änderung der Schaltfrequenz, sodass der Transistor immer während des »Tals« eingeschaltet wird – unabhängig von der Last oder Zwischenkreisspannung zu diesem Zeitpunkt. Diese Betriebsart liegt an der Grenze zwischen kontinuierlichem (CCM) und diskontinuierlichem Leitungsmodus (DCM). Entsprechend wird ein Wandler, der in diesem Modus arbeitet, als im »Borderline«-Leitungsmodus (BCM) bezeichnet. Der Einsatz eines solchen quasiresonanten Schemas bei der Konstruktion eines Sperrwandlers bietet verschiedene Vorteile.
Da der MOSFET mit minimaler oder in einigen Fällen sogar ganz ohne Drain-Source-Spannung eingeschaltet wird, ist die Einschaltstromspitze verringert oder entfällt sogar ganz. Dies führt zu einer geringeren Belastung des Transistors sowie zu einer reduzierten EMI der Spannungsversorgung.
Da das Bauteil immer bei minimaler Spannung schaltet, kann unter bestimmten Bedingungen ein zusätzlicher Drain-Source-Kondensator hinzugefügt werden, der die Anstiegszeit der Drain-Source-Spannung reduziert. Diese langsamere Anstiegszeit von VDS reduziert den Spannungs-/Strom-Überkreuzungspunkt zwischen dem Drainstrom und der Drain-Source-Spannung beim Ausschalten des MOSFETs. Dies führt zu weniger Stromverlusten im Transistor, was wiederum die Temperatur senkt und damit die Zuverlässigkeit erhöht.
Eine reduzierte oder gar eliminierte Ausschaltstromspitze sowie der langsamere Anstieg der Drain-Source-Spannung ergeben eine verringerte EMI. Das ermöglicht eine Verringerung des EMI-Filters, was die Kosten der Stromversorgung senkt.
Weniger Kosten und höhere Zuverlässigkeit gehören stets zu den Zielsetzungen aller Entwickler von Spannungsversorgungen. Der Einsatz einer quasiresonanten Topologie unterstützt sie dabei, diese Ziele zu erreichen. Eine solche Schaltung verringert die Belastung im MOSFET, was seine Zuverlässigkeit erhöht und die Störabstrahlung der Spannungsversorgung reduziert, da die Wellenformen weniger Oberwellenanteile aufweisen.
Der Autor: Carl Walding ist als Applikationsingenieur am »Power Design Center« von Fairchild Semiconductor tätig
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