Power Tipps von TI, Teil 65

Bestimmung des richtigen Windungsverhältnisses bei Fly-Buck-Wandlern

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Bild 4: Streuinduktivitäten machen jede Regelung zunichte
Bild 4: Streuinduktivitäten machen jede Regelung zunichte
(Bild: TI)

Bild 4 gibt die simulierten Auswirkungen der Streuinduktivität auf die Regelung des Sekundärausgangs wieder. Das Oszillogramm zeigt die Spannungen am primären und sekundären Ausgang als Funktion des Tastverhältnisses und der Streuinduktivität. Hierbei wurde ein 1:1-Übertrager mit 2,5 µH Primär-Induktivität und verschiedenen Streuinduktivitäten verwendet. Bei 5 V Eingangsspannung betrugen die Ströme 1 A am Primärausgang und 0,2 A am Sekundärausgang. Die erste Kurve (Primär-Ausgangsspannung) offenbart einen linearen Zusammenhang zwischen Tastverhältnis und Ausgangsspannung, während bei der Sekundär-Ausgangsspannung keine lineare Beziehung erkennbar ist.

Zwei Faktoren beeinträchtigen die Regelung des sekundären Ausgangs. Bei niedrigen Tastverhältnissen (links) ist die Spannung am Sekundärausgang um ungefähr einen Dioden-Spannungsabfall geringer als jene am primären Ausgang. Hier könnte durch Synchrongleichrichtung eine Verbesserung erzielt werden. Bei höheren Tastverhältnissen (rechts) werden durch die kurzen Leitphasen die Spitzenströme höher, und die Streuinduktivitäten wirken sich stärker aus.

Sind die Streuinduktivitäten hoch, dürfte die Schaltung bei Tastverhältnissen über 50 % bzw. ab einem Verhältnis von 2:1 zwischen Ein- und Ausgangsspannung nicht mehr benutzbar sein. Liegt die Streuinduktivität dagegen auf einem normalen Niveau, arbeitet die Schaltung bis zu einem Tastverhältnis von 75 % bzw. bis zu einem Spannungsverhältnis von 1,33:1 einwandfrei. Ist die Streuinduktivität besonders gering, sind sogar Tastverhältnisse bis 83 % bzw. Spannungsverhältnisse bis 1,2:1 möglich. Wie schon in Bild 2 zu sehen ist, können die Spitzen- und Effektiv-Ströme bei großen Tastverhältnissen recht hoch werden. Sie werden in hohem Maße durch parasitäre Effekte beeinflusst und lassen sich am besten durch Simulation verstehen.

Ein Fly-Buck-Wandler eignet sich hervorragend zum Bereitstellen einer einfachen isolierten Bias-Spannung. Vorsicht ist jedoch beim Betrieb mit hohen Tastverhältnissen geboten, da hier recht hohe Spitzenströme auftreten können. Halten sich die Streuinduktivitäten in Grenzen, dürfen die Tastverhältnisse zwar höher sein, doch alles oberhalb von 80 % dürfte kaum praktikabel sein.

Im nächsten Power Tipp geht es um die EMI-Aspekte im Zusammenhang mit Schaltnetzteilen. Eine Übersicht über sämtliche bereits erschienenen Power Tipps gibt es hier.

In den TI Power Lab Notes finden Sie Anmerkungen eines Designers zu seinen Netzteil-Designs. Weitere Informationen zu dieser und anderen Power-Lösungen gibt es außerdem auf www.ti.com/power-ca.

* Robert Kollman ist Senior Applications Manager und Distinguished Member of Technical Staff bei Texas Instruments

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