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Ausgangsarchitekturen für Industriesteuerungen lassen sich optimieren

Genauer, dichter und »grüner«

1. Februar 2011, 10:27 Uhr | Willem Ongena

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Von Unipolar zu Bipolar

Bei der Wahl des Bauteils zur Erzeugung der Versorgungsspannungen müssen einige Punkte bedacht werden. Wichtige Kriterien sind die Effizienz, die Robustheit und natürlich die Kosten.

Es gibt zum Erzeugen bipolarer Versorgungen viele verschiedene Topologien einschließlich Feed-Forward und Flyback. Als Beispiel kann hier der preiswerte ADP1864 von Analog Devices dienen, der einen Wirkungsgrad bis 94 Prozent bietet und zusätzlich über einige Vorteile verfügt, die ihn für Industrieanwendungen prädestinieren. Er lässt sich beispielsweise so beschalten, dass er Spannungen von ±15 V aus einer 5-V-Eingangsspannung bereitstellt. Die genaue Einstellung des Stromgrenzwertes ist über einen externen Widerstand möglich. Dies ist ein nützliches Leistungsmerkmal zur Begrenzung des Energieverbrauchs unter Fehlerbedingungen.

Der ADP1864 enthält auch eine interne Soft-Start-Funktion, die ein schnelles Einschalten ermöglicht, unter Vermeidung hoher Einschaltspitzenströme. Wichtig für Industrieanwendungen ist auch, dass der Controller über zusätzliche Sicherheitsfunktionen wie Überspannungsschutz und eingangsseitigen Unterspannungsschutz verfügt. Die Architektur des ADP1864 bietet zudem den Vorteil, dass ein Abschalten des Ausgangs möglich ist. Dies bedeutet, dass bei Situationen, in denen das Bauteil nicht aktiviert ist, aber eine Spannung anliegt, zwischen Ein- und Ausgang kein Strompfad vorhanden ist und somit ein Ausgangsschutz besteht.

Weil die Schaltfrequenz des ADP1864 mit etwa 580 kHz recht hoch ist, reichen kleine Filterkomponenten um eine geringe Restwelligkeit (ripple) zu gewährleisten. Da zudem meistens sowohl Strom- als auch Spannungsausgänge mit kapazitiven Lasten von bis zu einigen nF beschaltet sind, liegt der praktische Wert meistens unter dem berechneten Wert. Typische Praxiswerte für eine Ausgangsspannung von ±15 V liegen um 30 mV (peak to peak).