DC/DC-Wandler Isolierte Regler-ICs ohne Optokoppler für Hochleistungs-Anwendungen

ROHM hat die Verfügbarkeit von Regler-ICs für isolierte Sperrwandler zum Einsatz als Hilfsstromversorgung in industriellen Hochleistungs-Anwendungen wie Fabrikautomations- und PV-Wechselrichtern sowie Energiespeichersystemen bekanntgegeben. Nach der Einführung des BD7F100 wird die Serie nun durch den neuen BD7F200 für Anwendungen mit einem Leistungsbedarf zwischen 1 und 10 W erweitert.

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Die isolierten Regler-ICs der Reihe BD7F eignen sich für Hilfsstromversorgungen in industriellen Hochleistungs-Anwendungen wie Fabrikautomations- und PV-Wechselrichter sowie Energiespeichersystemen.
Die isolierten Regler-ICs der Reihe BD7F eignen sich für Hilfsstromversorgungen in industriellen Hochleistungs-Anwendungen wie Fabrikautomations- und PV-Wechselrichter sowie Energiespeichersystemen.
(Bild: Bild: Rohm)

Der Baustein wird mit zwei Gehäuseoptionen angeboten. Ebenfalls angeboten wird ein BD7F100-Evaluation Kit für ein einfacheres und schnelles Design isolierter Sperrwandler-Applikationen.

Elektronische Geräte werden nahezu immer mit einer Isolation versehen, um Stromschläge und Schäden zu vermeiden. Vor diesem Hintergrund werden isolierte Gleichspannungswandler für viele Anwendungen benötigt – von Stromzählern über speicherprogrammierbare Steuerungen, industrielle Feldbusse und Automations-systeme bis hin zu Gatetreibern für IGBTs und SiC-MOSFETs. Sie sorgen dabei für die galvanische Isolation, erhöhen die Sicherheit und verbessern die Störbeständigkeit der Systeme.

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Applikationen mit mehreren Ausgangsspannungs-Niveaus lassen sich mit ihnen ebenso bereitstellen wie bipolare (positive und negative) Ausgangsspannungen. Industrielle Anwendungen mit hohen Spannungen und Leistungen (darunter Energiespeichersysteme und die immer mehr an Verbreitung gewinnenden PV-Wechselrichter) bilden hier keine Ausnahme, sondern stellen wegen den noch widrigeren Temperaturbedingungen und der Forderung nach langem Dauerbetrieb noch höhere Anforderungen an die Zuverlässigkeit.

Konventionelle Lösungen für isolierte Sperrwandler verwenden im Rückkopplungspfad des Regelkreises Optokoppler und andere Bauelemente. Dies aber bringt Probleme hinsichtlich des Stromverbrauchs und der Zuverlässigkeit sowie in Bezug auf den Platzbedarf und die Lebensdauer mit sich. Dank ihrer ohne Optokoppler auskommenden Architektur bietet die Serie BD7F die Möglichkeit, die Konstruktion des Übertragers zu vereinfachen und die Kosten zu senken.

Fast 50% weniger externe Bauelemente

Die Zahl der externen Bauelemente halbiert sich nahezu, da weder ein Optokoppler noch ein Phasenkompensations-Netzwerk benötigt wird. Eine größere Energieersparnis sowie mehr Zuverlässigkeit und Miniaturisierung sind das Resultat. Darüber hinaus kommt eine neu entwickelte adaptive Einschaltzeit-Regelung zum Einsatz, die die Lastsprung-Reaktion gegenüber konventionellen isolierten Stromversorgungs-ICs verbessert. Die bei Lastsprüngen auftretenden Spannungs-schwankungen werden auf unter 200 mV begrenzt, was einen zusätzlichen Beitrag zur Zuverlässigkeit leistet. Auch verschiedene Schutzfunktionen sind in allen Mitgliedern der Produktfamilie integriert.

Um Schaltungsentwicklern zusätzliche Unterstützung bei der Evaluation des Bausteins und der eigentlichen Applikationsentwicklung zu bieten, wird das Evaluation Kit BD7F100HFN-EVK-001 angeboten. Es enthält den BD7F100HFN und bietet die Wahl unter sechs verschiedenen Eingangs- und Ausgangs-Konfigurationen.

Muster sowie das Evaluation Board sind zum Kauf verfügbar. Das Board ist für 24 V Eingangsspannung und 5 V Ausgangsspannung ausgelegt, wobei Ausgangsströme zwischen 13,8 und 800 mA eine maximale Ausgangsleistung von 4 W ergeben.

Hochzuverlässige Isolationseigenschaften

Die Regler-ICs der Serie BD7F für isolierte Stromversorgungen sind für Industrieausrüstungen konzipiert, die nach dauerhaftem Langzeitbetrieb unter extremen Bedingungen verlangen. Unter Verwendung modernster BiCDMOS-Leistungsprozesse und proprietärer analoger Schaltungstechnik gelingt die Detektierung der sekundärseitigen Spannung und Stromstärke von der Primärseite aus. Dies ermöglicht den Verzicht auf einen Optokoppler oder eine dritte Wicklung im Übertrager, die bei konventionellen Konfigurationen benötigt werden. Die Tatsache, dass sich die Zahl der externen Bauelemente hierdurch halbiert, trägt zur Verbesserung der Zuverlässigkeit, zur Energieersparnis und zur Miniaturisierung des finalen Produkts bei.

Verbesserte Lastregeleigenschaften durch adaptive Einschaltzeit-Regelung

Konventionelle Regler-ICs für isolierte Stromversorgungen verwenden eine simple Einschaltzeit-Regelung, um die von plötzlichen Änderungen des Laststroms verursachten Schwankungen der Ausgangsspannung zu minimieren.

Die neue adaptive Einschaltzeit-Regelung von ROHM begrenzt diese Änderungen der Ausgangsspannung auf 200 mV, das sind 65% weniger als bei konventionellen Lösungen (bei 1 A Laststrom und einer Anstiegszeit von 100 µs). Die dadurch erzielte Verbesserung der Lastsprung-Eigenschaften steigert die Zuverlässigkeit beträchtlich.

Einfache Performance-Verifikation durch optionales Evaluation Board

Zusätzlich zu den Regler-ICs wird das mit dem BD7F100HFN-LB bestückte Evaluation Board BD7F100HFN-EVK-001 angeboten, mit dem sich die Funktionsweise einer isolierten Stromversorgung mit 24 V Eingangsspannung, 5 V Ausgangsspannung und 800 mA Ausgangsstrom einfach evaluieren lässt. Die ROHM Semiconductor GmbH bereitet darüber hinaus für Oktober 2016 die Einführung CE-zertifizierter Evaluation Boards (BD7F100HFN-EVK-30x) in sechs Varianten vor (Tabelle 1).

Mehr über die Eigenschaften der neuen Regler-IC sehen Sie in diesem Video:

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Redakteur, ELEKTRONIKPRAXIS - Wissen. Impulse. Kontakte.