Power-Tipps von TI, Teil 6

Exakte Welligkeitsmessungen an Schaltregler-Stromversorgungen

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Wickelt man die Oszilloskopzuleitung zusätzlich um einen Ferritkern, so kann dies zu einer weiteren Minimierung dieses Stromflusses beitragen. Hierdurch entsteht eine für Gleichtaktgrößen wirksame Induktivität, die sich nicht auf die Differenzspannungsmessung auswirkt, aber den Messfehler verringert, der durch den Gleichtaktstrom verursacht wird.

Bild 2 zeigt die Welligkeitsspannungen derselben Schaltung, bei deren Messung jedoch diese verbesserte Messtechnik angewandt wurde. Wie man sieht, sind die steilflankigen Spannungsspitzen praktisch verschwunden.

Bild 2: Vier simple Änderungen verbessern die Messung dramatisch
Bild 2: Vier simple Änderungen verbessern die Messung dramatisch
(Bild: Texas Instruments)

In der Praxis zeigen Schaltstromversorgungen ein noch besseres Welligkeitsverhalten, wenn sie in ein System integriert sind. Es wird nämlich fast immer eine gewisse Induktivität zwischen der Stromversorgung und dem Rest des Systems vorhanden sein.

Diese Induktivität kann durch die Verdrahtung gegeben sein oder einfach in Form von Leiterbahnen auf der Leiterplatte vorliegen. Zudem wird es immer eine zusätzliche Ableitkapazität in der Nähe der Chips geben, die die Last für die Stromversorgung bilden.

Robert Kollman, Texas Instruments, blickt auf mehr als 30 Jahre Erfahrung im Bereich Leistungselektronik zurück
Robert Kollman, Texas Instruments, blickt auf mehr als 30 Jahre Erfahrung im Bereich Leistungselektronik zurück
(Bild: Robert Kollman, Texas Instruments)

Diese beiden Reaktanzen bilden zusammen ein Tiefpassfilter, das die Welligkeit der Stromversorgungsspannung und/oder hochfrequente Störeinflüsse unterdrückt. Betrachtet man als Extrembeispiel eine kurze Leiterbahn von einem Zoll Länge, was einer Induktivität von 15 nH entspricht, und einen Ableitkondensator von 10 µF, so liegt die Grenzfrequenz dieses Filters bei 400 kHz. In diesem Fall werden hochfrequente Störungen stark unterdrückt.

Häufig liegt die Grenzfrequenz dieses Filters unter der Frequenz der Stromversorgungswelligkeit, was eine erhebliche Welligkeitsunterdrückung ermöglicht. Ein kreativer Ingenieur sollte Möglichkeiten finden, dies in seinen Labortests zu nutzen.

Mein Dank geht an Brian King von Texas Instruments für seine Unterstützung beim Herstellen der Laborfotos.

Ich hoffe, Sie sind auch nächstes Mal wieder dabei, wenn wir uns mit dem Kompensieren von Stromversorgungen für LEDs beschäftigen.

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30 Jahre in der Leistungselektronik

Der Autor dieser Power-Tipp-Serie Robert Kollman ist Senior Applications Manager und Distinguished Member of Technical Staff bei Texas Instruments. Er kann auf mehr als 30 Jahre Erfahrung im Bereich Leistungselektronik zurückblicken und hat Lösungen für leistungselektronische Systeme entwickelt, die Leistungen von unter einem Watt bis in den Sub-Megawatt-Bereich liefern und mit Betriebsfrequenzen bis in den MHz-Bereich hinein arbeiten. Kollman erwarb seinen Bachelor-Abschluss in Elektrotechnik (BSEE) an der Texas A&M University und besitzt einen Master in Elektrotechnik (MSEE) der Southern Methodist University.

Robert Kollman ist per E-Mail unter

powertips@list.ti.com zu erreichen.

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

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