DC/DC-Wandler

Digitale Systeme im Kfz und Flugzeug aus dem Bordnetz versorgen

| Autor / Redakteur: Tony Armstrong * / Thomas Kuther

Ein Blick unter die Motorhaube eines Pkw: Wegen der hohen Störpegel im Bordnetz ist die Erzeugung stabiler Kleinspannungen eine Herausforderung.
Ein Blick unter die Motorhaube eines Pkw: Wegen der hohen Störpegel im Bordnetz ist die Erzeugung stabiler Kleinspannungen eine Herausforderung. (Bild: Linear Technology)

Die Bordnetzspannung in Fahr- und Flugzeugen ist zur Versorgung digitaler Systeme zu hoch. Hier lesen Sie, wie sich die passende Kleinspannungen einfach, effizient und zuverlässig erzeugen lassen.

Systeme im Transportwesen haben Eingangsspannungsbereiche von bis zu 14 V (Pkw) bzw. 28 V (Lkw, Busse, Flugzeuge) und mehr. Für digitale Systeme werden Kleinspannungspegel benötigt. Deshalb muss die hohe Eingangsspannung möglichst einfach, effizient und zuverlässig herunter gewandelt werden. Bild 1 zeigt, wie die Eingangsspannung in einer Automobilumgebung abhängig von den Betriebsbedingen wie hohen Stoßspannungen (load dump) bis hin zum Kaltstart und selbst bei verpolten Batterien variieren kann.

Wenn eine Applikation einen sehr hohen Wirkungsgrad der Leistungswandlung erfordert, um die Wärmeentwicklung durch die Verlustleistung der Wandlung zu minimieren, kann eine Lösung mit einem Schaltregler helfen. Schaltregler können monolithisch, mit auf dem Chip integrierten MOSFETs sein – entweder in einer synchronen oder asynchronen Konfiguration. Sie können auch aus einem Schalt-Controller bestehen, der externe MOSFETs in Ein- oder Mehrstufen-Topologie (Mehrphasen) treiben kann, um die Versorgungspegel von mehreren zehn bis zu hunderte von Ampere zu liefern.

Schaltregler liefern Ströme von einigen 100 mA bis über 1000 A

Als Antwort auf diesen breiten Leistungsbereich bietet Linear Technology ein umfassendes Angebot an Schaltreglern an, das es den Anwendern ermöglicht, die am besten geeigneten Bausteine auszuwählen, basierend auf den speziellen Designkriterien, die das Endsystem benötigt. Demzufolge haben die Schaltregler einen besonders weiten Eingangsspannungsbereich von 5 bis zu 150 V und liefern Ausgangsströme von einigen 100 mA bis über 1000 A. Ein Beispiel dafür ist der LTC3895 – ein synchroner Abwärtswandler mit 150 V Eingangsspannung, der für den Mehrphasenbetrieb konfiguriert werden kann (Bild 2).

Abwärtswandler für Schalt­frequenzen bis über 2 MHz

Eine in jeder Transportumgebung häufig gestellte Frage ist: „Wie erhalte ich ein großes Abwärtswandelverhältnis und kompakte Ausmaße der Lösung, ohne dabei die Leistungsfähigkeit der Funktion und Effizienz der Wandlung negativ zu beeinflussen?

Bis vor kurzem gab es keine Lösung, die alle Schlüsselleistungsmerkmale aufwies, ohne dass man dafür gewisse Kompromisse eingehen musste. Mit der Markteinführung der monolithischen, synchronen Abwärtswandler der LT86xx-Familie, die eine Schaltfrequenz von über 2 MHz haben, können alle nötigen Leistungsaspekte in einem Baustein geliefert werden.

Spezielle synchrone Gleich­richtertopologie

Der LT8609 zum Beispiel ist ein synchroner abwärts wandelnder Schaltregler mit 42-V-Eingang und 2 A Ausgangsstrom. Eine besondere synchrone Gleichrichtertopologie ergibt bei 2 MHz Schaltfrequenz einen Wirkungsgrad von 93%. Das erlaubt den Entwicklern, kritische rauschempfindliche Frequenzbänder wie die AM-Rundfumkbänder zu meiden und gleichzeitig eine sehr kompakte Lösung zu realisieren.

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