Ausgangswelligkeit bei Tiefsetzstellern reduzieren Wellenreiten verpönt

ESR reduzieren

Einen Kondensator mit sehr kleinem ESR zu verwenden ist die einfachste Möglichkeit, die Welligkeit zu reduzieren. Dabei bedarf es jedoch besonderer Sorgfalt, da der ESR von Cout auch für die Regelschleife des Netzteils wichtig ist. Bei sehr niedrigem ESR muss sich der Designer vergewissern, dass der Regler ausreichend kompensiert ist. Hierzu kann er die Regelschleife mit einem Netzwerkanalysator vermessen. Eine andere gute Methode ist die Verwendung eines Netzteil- Simulationstools, wie es National Semiconductor mit ihrer Online-Simulationsumgebung »Webench« anbietet.

Normalerweise kann die Spannung an der Induktivität nicht ohne weiteres abgesenkt werden, da dieser Parameter meist Bestandteil der Spezifikation ist. Bei der Konzeption eines Netzteils sollte der Entwickler berücksichtigen, dass eine hohe Welligkeit des Ausgangsstroms und eine große Spannungsdifferenz zwischen Ein- und Ausgang bei gleichen Schaltungsbauteilen zu einer größeren Welligkeit der Spannung am Ausgang führen.

Wird der Induktivitätswert angehoben, so ergibt sich eine geringere Stromwelligkeit am Ausgangskondensator, woraus bei gegebenem ESR dieses Kondensators eine niedrigere Spannungswelligkeit resultiert. Die Induktivität zu erhöhen ist allerdings meist die teuerste Möglichkeit, die Spannungswelligkeit am Ausgang zu senken. Abgesehen davon ist die Induktivität natürlich auch Bestandteil der Regelschleife des Schaltreglers. Entwickler müssen also darauf achten, dass sie die Bandbreite des Reglers nicht beeinträchtigen und dass der Regler nicht instabil wird.

Das On-Intervall bestimmt gemeinsam mit dem Off-Intervall das Tastverhältnis. Da das Tastverhältnis bei gegebenem Verhältnis zwischen Ein- und Ausgangsspannung gleich bleiben muss, kann das On-Intervall nur verkürzt werden, wenn man gleichzeitig auch das Off-Intervall reduziert. Beide Intervalle zu verkleinern bedeutet ein Anheben der Schaltfrequenz. Das heißt: Je höher die Schaltfrequenz, umso geringer ist die Spannungswelligkeit am Ausgang.

Hysterese-Regler stellen bezüglich der Ausgangsspannungswelligkeit besondere Ansprüche. Grundsätzlich gelten zwar die oben genannten Formeln auch hier, der Unterschied ist jedoch, dass Hysterese-Regler auf eine gewisse Welligkeit am Feedback-Pin zwingend angewiesen sind. Der Feedback-Anschluss ist nicht wie bei PWM-Reglern mit einem Fehlerverstärker, sondern einem Komparator verbunden (Bild 2). Damit der genaue Schwellenwert sauber überschritten wird, ist eine gewisse Minimalwelligkeit erforderlich. Der für 0,5 A/75 V ausgelegte Buck- Schaltregler »LM5007« von National Semiconductor verlangt beispielsweise eine Welligkeit von mindestens 25 mV am Feedback-Anschluss. Abhängig von der geregelten Ausgangsspannung können diese 25 mV – je nach dem Widerstandsverhältnis des Spannungsteilers – einer deutlich höheren Welligkeit am Ausgang entsprechen.