Modulare Wandlerkonzepte

Vorteile modularer DC/DC-Wandler gegenüber diskreten Lösungen

| Autor / Redakteur: Bianca Aichinger * / Thomas Kuther

Eine effiziente Lösung: das Konzept einer verteilten Stromversorgung – die Kombination aus zentralem Netzteil und einer Vielzahl lokaler Wandler-Module.
Eine effiziente Lösung: das Konzept einer verteilten Stromversorgung – die Kombination aus zentralem Netzteil und einer Vielzahl lokaler Wandler-Module. (Bild: RECOM)

Wenn in komplexen Schaltungen zahlreiche Spannungsversorgungen benötigt werden, hat sich als besonders effizientes Konzept das der verteilten Stromversorgung bewährt.

In modernen, komplexen Schaltungen gilt es eine Vielzahl an Mikrocontrollern, ICs, DSPs, FPGAs und viele andere Komponenten zu versorgen. Jede dieser Komponenten benötigt jedoch eine andere Versorgungsspannung. Als effizienteste Lösung hat sich hierfür das Konzept einer verteilten Stromversorgung etabliert – die Kombination aus „zentralem“ Netzteil und einer Vielzahl „lokaler“ Wandler-Module.

Kamen hier bislang bei großen Stückzahlen meist diskret aufgebaute Lösungen zum Einsatz, so wendet sich hier aufgrund sinkender Preise für fertig zertifizierte Module nun das Blatt. Passende Module gibt es mittlerweile für nahezu jede Applikation zu sehr attraktiven Preisen.

Bessere Effizienz und hohe Zuverlässigkeit sprachen schon lange für den Einsatz modularer DC/DC-Wandler, allerdings standen bisher die Kosten dagegen, insbesondere bei hohen Stückzahlen. Doch während die Entwicklungskosten stetig steigen, sind die Preise für fertig zertifizierte Module in den letzten Jahren stark gesunken. Bezieht man dann noch Aspekte wie „Time to Market“ in die Betrachtung mit ein, sind modulare Wandler oft die günstigere Lösung.

Tücken bei der Eigenentwicklung von DC/DC Wandlern

Während es bei Schaltnetzteilen längst gängige Praxis ist, diese als fertige Module zuzukaufen, sieht dies bei DC/DC-Wandlern bislang noch anders aus. Dies hat im Wesentlichen zwei Gründe: Einerseits arbeiten DC/DC-Wandler am Eingang mit niedrigen Gleichspannungen und sind somit vergleichsweise leicht beherrschbar. Andererseits sind sie Bestandteil der Platine und es bietet sich an, die Bauteile im selben Arbeitsschritt mit zu bestücken.

Oberflächlich betrachtet scheint es keine große Kunst, Spannungswandler zu entwickeln. Doch diese Annahme stellt sich in der Praxis häufig als Trugschluss heraus, denn der Teufel steckt im Detail. Gerade bei DC/DC-Wandlern hat man bei der Eigenentwicklung häufig mit den Tücken der Analogtechnik zu kämpfen.

So können beispielsweise die Leiterbahnen zu unvorhersehbaren Kapazitäten oder Induktivitäten führen, die so im Schaltplan nicht zu finden sind. Auch spielt für die Performance des Trafos nicht nur die Wahl des Ferritmaterials eine wesentliche Rolle, sondern diese ist auch abhängig von dem Bereich der Hystereseschleife in welcher er betrieben wird.

Hohe Störpegel können die Folge sein und mehrfaches Re-Design ist dann keine Seltenheit. Dadurch kann sich eine geplante Markteinführung gleich mal um einige Monate verzögern. Wer hier auf fertige Module setzt, spart nicht nur Entwicklungszeit sondern reduziert auch das Risiko.

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