Eingangsspannungsänderungen an digital geregelten, isolierten DC-Wandlern
Schnell reagieren
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Vermeiden von Rückströmen
Fällt die Eingangsspannung unter den Grenzwert zur Aufrechterhaltung der Ausgangsspannung, erreicht das Tastverhältnis seinen Maximalwert. Von diesem Punkt an geht das Produkt aus Eingangsspannung und Tastverhältnis zurück. Arbeitet die Leistungsstufe weiter im Synchrongleichrichter-Modus, fließt die im Ausgangskondensator gespeicherte Energie in umgekehrter Richtung zum Eingang.
Dieser unter Umständen recht hohe Rückstrom kann den Leistungsteil durch überhöhte Ströme belasten. Eine beliebte Maßnahme dagegen ist das Einfügen einer Schaltung zur Unterbindung von Rückströmen. Die greift ein, sobald der Synchrongleichrichter (SR) abgeschaltet wird und der Rückstrom größer als ein sicherer Grenzwert ist. Auf diese Weise wird die Schleife des Rückstroms durch die Ausgangsinduktivität abrupt unterbrochen. Die in der Ausgangsinduktivität gespeicherte Energie kann in diesem Fall einen Lawinendurchbruch im SR auslösen, der dadurch defekt werden kann.
Die Lösung
Eine Lösung für dieses Problem ist eine Spannungsmessschaltung, die den SR umgehend abschaltet. Die Abschaltung erfolgt, bevor der Rückstrom entsteht, nämlich sobald die Eingangsspannung unter den zur Aufrechterhaltung der Ausgangsspannung erforderlichen Grenzwert fällt. Die in Bild 5 gezeigte Schaltung erfasst die Eingangsspannung am Mittenabgriff des Übertragers (U_TAP). Der zum Front-End-Teil des UCD3138 gehörende Pin EAP1 lässt sich so konfigurieren, dass er die Spannung nur während der Einschaltzeit des primärseitigen Schalters abtastet, wenn die an U_TAP liegende Spannung eine Eingangsspannung widerspiegelt.
In Bild 6 wird die herabskalierte Eingangsspannung in einen Digitalwert gewandelt, der in den ABS-Registern abgelegt wird. Ein Paar digitaler Fensterkomparatoren im digitalen Controller ist so konfiguriert, dass es die zu geringe Eingangsspannung und deren Wiederherstellung erfasst. Wird eine Eingangsspannung festgestellt, die kleiner ist als der zur Aufrechterhaltung der Ausgangsspannung notwendige Grenzwert, so gibt der digitale Komparator 0 innerhalb von Nanosekunden ein Fehlersignal an das DPWM-Modul aus, das daraufhin das SR-Gate-Treibersignal DMPM0B/1B umgehend abschaltet. Sobald die Eingangsspannung wieder in den Normalbereich zurückkehrt, erzeugt der digitale Komparator 1 einen schnellen Firmware Interrupt zur Reaktivierung des SR-Gate-Treibers. Dabei wird eine Pre-Bias-Startup-Routine angestoßen, damit die Ausgangsspannung in kürzester Zeit wiederhergestellt werden kann.
Versuchsergebnisse
Die vorgeschlagene Lösung ist so ausgelegt, dass das SR-Gate-Treibersignal abgeschaltet wird, sobald die Eingangsspannung unter 36 V fällt (Bild 7a).
Es gibt somit keinen Rückstrom, der den Ausgangskondensator entlädt, und die Ausgangsspannung verändert sich ohne Last kaum, während die Eingangsspannung bei 22 V bleibt. Im Gegensatz dazu läuft die ursprüngliche SR-Gate-Treiber-EVM-Lösung (Bild 7b) weiter, obwohl die Eingangsspannung kleiner als 36 V ist. Der entstehende Rückstrom bewirkt einen Abbau der Ausgangsspannung, auch wenn keine Last angeschlossen ist.
Die ursprüngliche EVM-Lösung verfügt über keine Pre-Bias-Startup-Funktion, wenn die Eingangsspannung zu ihrem normalen Wert zurückkehrt. Dies hat ein Überschwingen der Ausgangsspannung zur Folge und lässt den Überspannungsschutz ansprechen, nachdem die Eingangsspannung wiederhergestellt ist (Bild 7d). Für einen Volllast-Test wird die Ausgangsspannung in der vorgeschlagenen Lösung vom Verbraucher abgebaut (Bild 7c). Sobald sich die Eingangsspannung erholt, kann der Ausgangs umgehend und monoton wieder zu seiner geregelten Spannung zurückkehren – kontrolliert von der Pre-Bias-Startup-Routine. Die vorgeschlagene Lösung lässt die Ausgangsspannung nahezu unverändert, solange die Eingangsspannung über dem erforderlichen Mindestwert zur Aufrechterhaltung der Ausgangsspannung liegt. Die Lösung vermeidet außerdem das Entstehen von Rückströmen, wenn die Eingangsspannung kleiner als dieser Grenzwert ist. Schließlich wird ein stringenter, monotoner Spannungsverlauf erzielt, wenn die Eingangsspannung zu ihrem Normalwert zurückkehrt.
Die Autoren
| Frank Tang |
|---|
|
arbeitet bei TI als System Solutions und Applications Manager für China. Er beschäftigt sich mit High-Voltage Power Solutions. |
| Tan Jack |
|---|
| ist Firmware Engineer für High-Voltage Power Solutions bei TI. |
| Mark Ng |
|---|
| ist Marketing Manager für High-Power Controller Solutions bei TI. |
| Natarajan Ramanan |
|---|
| ist als internationaler Systems Solutions and Applications Manager für High-Voltage Power Solutions bei TI tätig. |
- Schnell reagieren
- Vermeiden von Rückströmen
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
GaN in Stromversorgungen
Welche Vorteile bietet GaN in Schaltnetzteilen?
Texas Instruments
Audio-Operationsverstärker für hohe Ansprüche
Überraschungen bei EMV-Prüfung vermeiden
Power-Design mit Schaltnetzteil und DC/DC-Wandler
Elektromagnetische Störungen
Filter für DC/DC-Wandler
