DC/DC-Wandler Isolierte DC/DC-Wandler mit minimalem Bauteileaufwand

Autor / Redakteur: Bruce Haug * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Die Entwicklung eines isolierten DC/DC-Wandlers war einst ein mühsames Unterfangen. Wie einfach sich diese Aufgabe dank moderner Controller heute lösen lässt, erfahren Sie in diesem Beitrag.

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Eine Herzoperation: Medizinische Überwachungsgeräte können von einer verrauschten Busspannung gestört werden; eine Stromversorgung mit galvanischer Trennung kann dieses Rauschen eliminieren.
Eine Herzoperation: Medizinische Überwachungsgeräte können von einer verrauschten Busspannung gestört werden; eine Stromversorgung mit galvanischer Trennung kann dieses Rauschen eliminieren.
(Bild: Linear Technology)

Isolierte DC/DC-Wandler mit hoher Leistungsdichte haben sich in den letzten 25 Jahren deutlich verändert. Als die ersten DC/DC-Wandler im Full-Brick- und Half-Brick-Format auf den Markt kamen, sorgte dies für einige Aufregung bei Anwendern wie Herstellern von Stromversorgungen. Diese Bricks bestanden aus Hunderten von Bauelementen, ließen sich aber sehr einfach einsetzen, sodass die Entwicklung eigener Stromversorgungslösungen hinfällig war.

Zum Einsatz kamen die Bausteine in Telekommunikationsanwendungen, in denen wegen der hohen Busspannung eine galvanische Trennung von 48-V-Eingang und Ausgang nötig ist. Darüber hinaus ermöglichten diese Wandler verteilte Leistungsarchitekturen in Datenkommunikations- und industriellen Systemen.

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Erste Entwicklungen mit eigenen Übertragern

Damals wollte eine ganze Reihe von Herstellern auf diesen Zug aufspringen und mit den führenden Unternehmen in diesem Sektor gleichziehen. Viele Stromversorgungshersteller betrieben über Jahre einen enormen Entwicklungsaufwand, um ihre Produkte auf den Markt zu bringen. Dabei setzten sie auf selbst entwickelte Induktivitäten sowie eigene Topologien und Steuerungsfunktionen. So versuchten sie ständig, sowohl ihre eigenen Produkte ständig zu verbessern und besser als der Wettbewerb zu sein. Die meisten davon setzten auf gängige Formfaktoren, während andere Bricks mit eigenen patentierten Maßen und Pinouts entwickelten, sodass heute auch 1/4-, 1/8- und 1/16-Bricks gängige Größen sind.

Eigene Lösungen sind immer einfacher realisierbar

Dank DC/DC-Wandlern mit applikationsspezifischen Topologien und handelsüblichen Planarübertragern und Induktivitäten von Anbietern wie Würth, Pulse Engineering und Coiltrans lassen sich eigene Lösungen immer einfacher realisieren. So sind heute zum Beispiel isolierte Designs eines Flyback-Wandlers mit weniger als 15 Komponenten und eines Durchfluss-Wandlers mit weniger als 20 Bauteilen möglich.

Völlig neue Möglichkeiten

Aktuelle applikationsspezifische Controller und monolithische Bausteine bieten heute völlig neue Möglichkeiten, isolierte DC/DC-Wandler zu entwickeln. Immer leistungsfähigere MOSFETs, höhere VDS und kleinere RDS(ON) tragen ebenso dazu bei, diskrete Design zu vereinfachen. Zudem werden zum Regeln der Ausgangsspannung oft auch keine Optokoppler mehr in der Rückkoppelschleife benötigt.

Zahlreiche Anwendungen benötigen isolierte Wandler

DC/DC-Wandler mit isolierten Ausgängen werden nicht nur in der 48-V-Isolation der Tele- und Datenkommunikation benötigt, sondern auch in zahlreichen weiteren Anwendungen. Eine galvanische Trennung kann für rauschempfindliche Bausteine notwendig sein, die eine von einer verrauschten Eingangsspannung separierte Masse benötigen, z.B. Autobatterie, Zwischenbus und industrielle Eingangsspannungen.

Displays, SPS (Speicherprogrammierbare Steuerungen), GPS-Systeme und einige medizinische Überwachungsgeräte können ebenso wie die Displays von Untersuchungskameras, zahnärztlichen Instrumenten, Schlaf- und Vitalparameterüberwachungs-Monitoren von einer verrauschten Quellspannung gestört werden. Stromversorgungen mit galvanischer Trennung bieten eine solche separierte Masse, die das Rauschen eliminiert, das Unregelmäßigkeiten in der Anzeige hervorrufen kann.

Verschiedene Wandlertopologien

Linear Technology hat eine komplette Produktlinie mit topologiespezifischen Controllern, die in galvanisch getrennten DC/DC-Wandlern hoher Leistungsdichte für Flyback-, Durchfluss-, Push-Pull- und Vollbrücken-Topologien eingesetzt werden können. Es gibt Versionen mit und ohne synchrone Gleichrichtung, einige mit Optokopplern, wieder andere nutzen einen Übertrager, um die Regelschleife zu schließen.

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