Gesponsert

Für hohe Spannungen Gleichspannungswandler mit integriertem 140-V-Schalter

Für den effektiven Betrieb von Industrie-, Telekommunikations-, Medizin- und Automotive-Anwendungen wird eine Vielzahl geregelter, teils hoher und teils auch negativer Spannungen benötigt. Industrielle Stromversorgungen lassen sich einfacher entwickeln, wenn es gelingt, den Bauteileaufwand und die Zahl der benötigten Controller zu reduzieren.

Linear Technology Design Note 545
Linear Technology Design Note 545
(Bild: Linear Technology)

Der LT8331 ermöglicht beides, denn er bietet einen integrierten, für 140 V und 500 mA ausgelegten Schalter, eine programmierbare Schaltfrequenz, eine extrem geringe Ruhestromaufnahme und den bei geringer Ausgangsleistung aktivierten Burst Mode.

Geringe Ruhestromaufnahme, hoher Wirkungsgrad

Hochspannungs-Anwendungen lassen sich mit einem schlichten Boost Converter (Aufwärtswandler), wie er in Bild 1 gezeigt ist, realisieren. Diese Applikation kann entweder – mit einer direkten Boost-Konfiguration – 120 V bei 25 mA bis 80 mA erzeugen, oder aber 240 V bei Strömen von 12 mA bis 35 mA. Für letzteres wird eine zweistufige Boost-Konfiguration mit den im gestrichelten Kasten eingezeichneten zusätzlichen Bauelemente verwendet. Die Last kann dabei entweder komplett aus VOUT2 oder aber aus einer Kombination aus VOUT1 und VOUT2 versorgt werden.

Bildergalerie

Eine hohe negative Ausgangsspannung lässt sich einfach erzeugen, indem man den Wandler wie in Bild 2 konfiguriert. Durch das Hinzufügen eines Kondensators und einer Diode ermöglicht dieser Wandler beim Erzeugen der negativen Ausgangsspannung das Ausnutzen der vollen, vom Schalter unterstützten Spannung. Der Koppelkondensator C5 sorgt ähnlich wie bei einem CUK-Wandler (Anm.: Bezeichnung CUK stammt ab vom Namen dessen Erfinders Slobodan Ćuk) zusätzlich für die Trennung von Eingang und Ausgang beim Abschalten.

Bild 3 zeigt einen CUK-Wandler auf Basis des LT8331, während in Bild 4 die Wirkungsgradkurve dieses Wandlers bei 12 V Eingangsspannung dargestellt ist. Wie man sieht, erreicht die Effizienzkurve ein Maximum von 84 %. Sobald der Laststrom unter etwa 40 mA fällt, wird in den Burst Mode umgeschaltet, in dem selbst bei nur 1 mA Laststrom ein respektabler Wirkungsgrad von 73 % beibehalten wird.

Der LT8331 bietet eine sehr geringe Ruhestromaufnahme und wartet mit einer Betriebsart auf, in der die Schaltfrequenz nach und nach reduziert werden kann, wenn eine geringe Ausgangslast festgestellt wird. In diesem Modus kann der Wandler bei niedriger Belastung sowohl einen hohen Wirkungsgrad als auch eine geringe Ausgangswelligkeit bewahren. Der Eingangsstrom bei unbelastetem Ausgang beträgt nur 29 µA (etwa 11 µA kommen von dem am FBX-Pin liegenden Widerstandsteiler). Wird der Wandler abgeschaltet, indem der EN-Pin auf Massepotenzial gelegt wird, reduziert sich der Eingangsstrom auf rund 1 µA (bei 5 V Eingangsspannung) bzw. auf 2 µA (bei 12 V Eingangsspannung). Ein großer Teil des Shutdown-Stroms entfällt auf den Widerstandsteiler an EN/UVLO.

Der Eingangsspannungsbereich des LT8331 von 4,5 V bis 100 V und sein für 140 V ausgelegter Schalter machen ihn zu einem idealen Kandidaten für SEPIC- und CUK-Wandler. Der Koppelkondensator C5 unterbricht den Gleichstrompfad zwischen Eingang und Ausgang, was in Anwendungen wünschenswert ist, in denen der Ausgang vom Eingang getrennt sein muss. Als zusätzlicher Vorteil entfällt hierdurch die Stromaufnahme des an FBX liegenden Widerstandsteilers. Die Schaltspannung ist bei diesen Wandlern die Summe aus Eingangs- und Ausgangsspannung.

Zusammenfassung

Der LT8331 vereinfacht das Design von Anwendungen mit hoher Ausgangsspannung und großem Eingangsspannungsbereich, indem er die Zahl der externen Bauelemente reduziert. Sein für 140 V und 500 mA dimensionierter interner Schalter, seine Eingangsspannung von 100 V, seine programmierbare Schaltfrequenz, seine äußerst geringe Ruhestromaufnahme und sein bei geringer Ausgangsleistung wirksam werdender Burst Mode machen den Baustein zur idealen Wahl für ein breites Spektrum von Anwendungen.

(ID:44142425)