Netzteile bei geringer Last
Fünf Praxis-Tipps für niedrigere Verluste
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Tipp 2: Reduzieren der Verluste in Einschaltwiderständen
Die meisten Sperrwandler-Controller erzeugen ihren Betriebsstrom über eine Hilfswicklung des Transformators. Allerdings müssen sie hierfür zunächst aktiviert werden. Üblicherweise wird dies erreicht, indem zwischen die gleichgerichtete Wechselspannung und den UCC-Anschluss des Controllers ein Widerstand geschaltet wird. Der Widerstand muss entsprechend klein sein, so dass der Controller auch bei einer sehr niedrigen Eingangswechselspannung hinreichend Strom bekommt, um in Betrieb zu gehen. Ein zu kleiner Widerstand jedoch hätte eine übermäßige Verlustleistung zur Folge und könnte der Einhaltung der geforderten Norm im Weg stehen.
Der vom Controller benötigte Einschaltstrom ist im Datenblatt normalerweise gleich zu Anfang der Übersicht der elektrischen Eigenschaften aufgeführt. Die neuesten Green-Mode-Controller bieten hier Werte unter 50 μA. Bei einer Stromversorgung, die über den gesamten Eingangs-Wechselspannungsbereich von 85 V bis 265 V arbeiten muss, ließe sich mit einem 2-MΩ-Pull-Up-Widerstand ein Einschaltstrom von mindestens 50 μA bei minimaler Eingangsspannung gewährleisten. Bei der Nenn-Netzspannung von 120 V in den USA, wo in der Regel entsprechende Compliance-Tests verlangt werden, würde der Widerstand lediglich 13 mW Verlustleistung abgeben.
13 mW sprengen das Power-Budget vermutlich noch nicht, aber bei einer Nenn-Netzspannung von 230 V (wie in Europa üblich) beträgt die Verlustleistung im Widerstand das Vierfache. Je nach Anwendung und Systemlast im Standby-Betrieb kann ein Wert von 52 mW durchaus ins Gewicht fallen.
Bei manchen Controllern kann der Einschaltstrom von einem Transistor geliefert werden, der abgeschaltet wird, nachdem der Controller die Einschaltsequenz erfolgreich durchlaufen hat. Der Transistor kann dabei als zusätzliches externes Bauelement oder als integrierte Komponente im Controller-IC realisiert sein. In beiden Fällen ergeben sich durch den Hochspannungstransistor zusätzliche Kosten, die ein ohnehin schon kostensensibles Produkt weiter verteuern. Wird der Transistor im selben Gehäuse wie der Controller untergebracht, kann dies außerdem zu Problemen bei der Einhaltung von Kriech- und Luftstrecken sowie bei der Zuverlässigkeit führen.
Einen ähnlichen Ansatz im Umgang mit dem Einschaltstrom verfolgen Controller, bei denen die Verbindung zum Leistungs-MOSFET wie in Bild 2 dargestellt über eine Kaskode realisiert ist. Mit der Kaskodenschaltung wird am Gate des MOSFET eine Gleichspannung angelegt, während der Controller die Source nach Low zieht und so den FET einschaltet.
Der Controller kann über den Source-Anschluss des MOSFET seinen Einschaltstrom beziehen. Hierfür wird der MOSFET während des Einschaltens in einem linearen Modus betrieben. Bei dieser Variante werden keine zusätzlichen High-Voltage-Komponenten benötigt, und es gibt auch keine Verbindungen zum Controller, die höhere Spannungen führen. Zwar ist auch hier ein Pull-Up-Widerstand erforderlich, um die Gate-Spannung des Transistors zu liefern, allerdings benötigt der Gate-Anschluss normalerweise weniger als 10 μA.
- Fünf Praxis-Tipps für niedrigere Verluste
- Tipp 2: Reduzieren der Verluste in Einschaltwiderständen
- Tipp 3: Keine Angst vor Überschwingern
- Tipp 4 und 5
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