Informationen und Austausch: Das war der 2. DC/DC-Wandler-Tag

| Redakteur: Richard Oed

Bereits zum zweiten Mal trafen sich am 23. Oktober 2019 Hersteller, Distributoren und Interessierte zum DC/DC-Wandler-Tag im Vogel Convention Center in Würzburg.
Bereits zum zweiten Mal trafen sich am 23. Oktober 2019 Hersteller, Distributoren und Interessierte zum DC/DC-Wandler-Tag im Vogel Convention Center in Würzburg. (Bild: VCG)

Aus der Welt der Elektronik sind DC/DC-Wandler nicht mehr wegzudenken, ihr Einsatz ist aber manchmal problematisch. Beim 2. DC/DC-Wandler-Tag Mitte Oktober in Würzburg wurden daher viele Themen rund um Auswahl, Einsatz und elektromagnetische Verträglichkeit diskutiert.

Mehr als 45 Teilnehmer kamen am 23. Oktober 2019 in das Vogel Convention Center, um sich über Grundlagen, Lösungen und Best Practices bei DC/DC-Wandlern zu informieren. Acht spannende und tieftechnische Präsentationen, vorgetragen von hochkarätigen Referenten aus der Industrie, spannten dabei den Bogen von der Auswahl des richtigen Wandlers über mögliche Simulationen und die elektromagnetische Verträglichkeit bis hin zu verschiedenen Topologien.

Lange Pausen boten viel Raum für den fachlichen und persönlichen Austausch der Teilnehmenden untereinander und für ausführliche Gespräche mit den Vortragenden. Auf der begleitenden Fachausstellung konnten sich die Besucher nicht nur über aktuelle DC/DC-Wandler informieren: In der parallel stattfindenden Ausstellung der Cooling-Days waren neueste Trends im Bereich der Kühlung von Baugruppen und Bauelementen zu erfahren. Und nicht wenige reisten bereits am Vorabend an, um beim traditionellen Abendessen im Wintergarten des Würzburger Hofbräukellers in geselliger Runde gemeinsam mit den Teilnehmern des Schaltnetzteile-Tags, der Cooling Days und des Datacenter-Days fachübergreifend technische Fragen zu diskutieren.

Den Anfang am 23.10. machte Dr.-Ing. Bernhard Strzalkowski von Analog Devices, der zum Thema hybride DC/DC-Wandler aus Schaltkondensator- und synchronen Buck-Topologien sprach. In seinem Vortrag stellte er Möglichkeiten vor, die Größe der verwendeten magnetischen Komponenten mit einer Switched-Capacitor-Topologie zu reduzieren und dadurch bei einer hohen Abwärtswandlung gleichzeitig einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Die unterschiedlichen Mittel und Wege zur Optimierung der Wandler untermauerte er mit verschiedenen Messungen und Schaubildern.

Simulationen ermöglichen ein optimales Design

Anschließend legte Dr. Christian Römelsberger von CADFEM in seinem Vortrag „Optimales DC/DC-Design durch Simulation“ dar, wie mittels Simulationen eine DC/DC-Wandler-Platine bestmöglich gestaltet werden kann. Wichtig für eine gute Leistung sind hierbei die parasitären Eigenschaften des Layouts und speziell die Loop-Induktivität des Kommutierungskreises. Sie ist entscheidend für die Überspannungen während der Schaltvorgänge. Des Weiteren sind die Kapazitäten des Switching-Nodes gegen andere Netze bestimmend für das EMV-Verhalten. Anhand zahlreicher animierter Grafiken demonstrierte Dr. Römelsberger anschaulich den Verlauf der Ströme und ihre Auswirkungen, und verglich auf diese Weise verschiedene Designvarianten miteinander.

In seinem Vortrag „Batterieeigenschaften und die Auswahl des passenden DC/DC-Reglers“ ging Steve Roberts von Recom auf die Feinheiten der Selektion von DC/DC-Wandlern für batterieversorgte Anwendungen ein. Wird der richtige Wandler ausgewählt und weitere Verfahren wie Load-Pulsing oder eine adaptive Spannungsregelung eingesetzt, ist es möglich, die Batterielebensdauer zu verdoppeln oder zu verzehnfachen, ohne die Funktionalität der Applikation zu beeinträchtigen, so Roberts. Dazu ist es jedoch wichtig, sich der Anforderungen klar zu sein und auch auf die Eigenheiten von Batterien, wie die niedrige Quellenimpedanz, die im Kurzschlussfall einen hohen Strom bedingen kann, einzugehen und Schutzmaßnahmen vorzusehen.

Die Vorteile und Hindernisse bei der parametrischen Suche nach geeigneten DC/DC-Wandlern stellte Jochen Krause von HY-LINE in den Mittelpunkt seiner Ausführungen. Dabei zeigte er anhand eines Vergleichs der Suchmöglichkeiten verschiedener Hersteller, Vertriebsgesellschaften und Anbietern spezieller Suchmaschinen die Grenzen einer solchen Recherche auf. Unzureichende Vergleichsmöglichkeiten und zu weit gefasste oder auch unnötige Selektionskriterien stellen hohe Anforderungen an den Benutzer. Dieser muss sich bereits im Vorfeld klar werden, welche Parameter er kennen muss, um eine Suche erfolgreich zu gestalten. Und nicht zuletzt muss der Anwender in der Lage sein, die gewonnenen Informationen richtig zu interpretieren. Dies, so Krause, geschieht am besten zusammen mit den Lieferanten, um auch die Anforderungen der Applikation einfließen zu lassen.

Vor Stolpersteinen und Fallgruben auf dem Weg zum funktionierenden Design warnte Jürgen Schneider von Texas Instruments. Ausgehend vom problematischen Startverhalten von Mehrspannungssystemen und kritischer Bedingungen bei der Spannungsversorgung betrachtete er in seinem praxisbezogenen Vortrag zudem die notwendigen Vorsichtsmaßnahmen beim Einsatz von Keramikkondensatoren am Wandlereingang und bei der Verwendung von MOSFETs im linearen Betrieb. Zudem beschrieb er beispielhaft einfach umsetzbare Lösungsmöglichkeiten für die genannten Herausforderungen.

Die elektromagnetische Verträglichkeit war ein großes Thema

Wie die Methode der Analyse der Frequenzantwort eingesetzt werden kann, um die EMV zu verbessern, erläuterte Philip Simpson von Vicor in seinem Vortrag „Using Frequency Response Analysis to Mitigate EMI Problems in DC-DC-Converters“. Dabei zeigte er anhand zweier Fallstudien auf, wie diese Praktik es Entwicklern ermöglicht, DC/DC-Wandler-Systeme mit guter EMV in kurzer Zeit zu konstruieren. Dass dies aber nur zu erreichen sei, wenn die Leiterplatte und die mechanische Anordnung der Bauteile ebenso in die Überlegungen einbezogen werden, hob Philip Simpson besonders hervor.

Ebenfalls um das Thema EMV drehte sich der Vortrag von Roland Kratz von Würth Elektronik eiSos. Er stellte die Befilterung von isolierten Power-Modulen in den Vordergrund und welche Punkte für eine Entwicklung zu beachten sind, um ein im Feld funktionsfähiges Gerät zu konstruieren. Zum Aufzeigen möglicher Lösungen ging Roland Kratz auf die unterschiedlichen Konzepte, Eigenschaften und Topologien ebenso ein, wie auf die wichtigsten parasitären Elemente und Störpfade oder die mathematische Auslegung von Filtern.

Den Abschluss bildete Martin Tenhumberg von Traco Electronic mit seinem Vortrag „Ruggedized und Railway Power Supplies“, in dem er die Bedeutung der korrekten Auswahl einer Stromversorgung für robuste Einsatzzwecke behandelte. Neben der im Eisenbahnbetrieb vorhandenen großen Zahl an Eingangs- und Ausgangsspannungen kommen zudem spezielle Anforderungen in den Bereichen Temperatur, EMV, Sicherheit, Brandschutz sowie Schock und Vibration hinzu. Dazu erläuterte Martin Tenhumberg die Hintergründe und zeigte Lösungsansätze auf, die sich nicht nur auf das Eisenbahnwesen beschränkten, sondern für eine Vielzahl von Fahrzeugen in rauer Betriebsumgebung gültig sind.

Nach acht Vorträgen mit vielen Informationen, Tipps und Tricks gingen dann die Teilnehmer auseinander, nicht ohne vorher noch ein letztes Mal mit Referenten und anderen Besuchern über verschiedenste Themen diskutiert zu haben. Auch im Jahr 2020 wird es wieder einen DC/DC-Wandler-Tag geben. Für den 7. Oktober ist dann die 3. Ausgabe dieser Veranstaltung in Würzburg geplant. Unter www.dc-dc-wandler-tag.de finden Sie alle Infos sowie einen Rückblick auf den Event im Jahr 2019 mit Bildergalerie.

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