Ungeregelte Wandler Kurzschlussfest dank Protected-Option

Autor / Redakteur: Christian Haudum* / Gerd Kucera

In der Praxis fallen regelmäßig Module aus, in Applikationen, die seit Jahren unverändert sind und an sich stabil laufen. Solange, bis wieder einmal der Wandler den Betrieb einstellt und getauscht werden muss. Sind tatsächlich immer die Wandler schuld? Sind es schlechte Produkte? Oder sind es gar Anwendungsfehler?

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( Archiv: Vogel Business Media )

Es muss vorab klargestellt werden, dass sich dieser Artikel weniger an Powersupply-Spezialisten richtet, die in Kilowatt denken, genauso wenig an Entwickler aus dem Militär- oder Luftfahrbereich. Vielmehr soll die breite Basis an Elektronikentwickler angesprochen werden, die sich täglich dem Spannungsfeld zwischen bestmöglicher Spezifikation und höchster Zuverlässigkeit bei geringst möglichem Preis ausgesetzt sind. Speziell zu nennen sind hier alle Entwickler die vor der Aufgabe stehen Schnittstellen, Buskopplungen usw. zu entwickeln, die so universell einsetzbar sein sollen, dass Worst-Case-Bedingungen, Einbau, Installation u.a.m. in der Entwicklungsphase unmöglich alle bekannt sein können.

Wenn dem DC/DC-Wandler der Tod durch Überlast droht

Die Auswahl des Bauteils, das für die galvanische Trennung verantwortlich zeichnet, des DC/DC-Wandlers nämlich, ist immer ein schwieriges Abwägen zwischen Spezifikationen und späterer Betriebssicherheit einerseits und Kosten andererseits. Sehr oft ist es nötig die Ausgangsspannung des Wandlers auch extern über Anschlüsse, Stecker etc. zur Verfügung zu stellen und es bedarf nicht des schlimmsten Falles eines DAAs (dümmster anzunehmender Anwender), um hier ungewollt eine Überlastung oder einen Kurzschluss für den Wandler zu produzieren. Für die breite Masse an DC/DC-Wandlern bedeutet das den unmittelbaren Überlasttod, denn der typische Schnittstellen-Wandler mit 0,5 bis 2 W ist in der Regel ungeregelt und somit nicht dauerkurzschlussfest. Für maximal 1 s ist der Kurzschluss laut Datenblatt zwar zulässig, de facto ist das Design aber ohne jedwede Maßnahme für diesen Fall ausgelegt und diese 1 s ist rein auf die Robustheit des Designs zurückzuführen. Warum eigentlich?

Definiertes Überlastverhalten nur von geregelten Wandlern?

Ersteres ist klar, die Forderung nach möglichst stabiler Ausgangsspannung hat in Schnittstellenanwendungen selten höchste Priorität, eine Überlast- oder Kurzschlusssicherung ist hier zwar gewünscht, definiertes Überlastverhalten des Wandlers (z.B. nach einer bestimmten Foldback-Kennlinie) wird aber nur von geregelten Wandlerdesigns geboten, da nur die die Möglichkeit haben, durch Verstellen des primären Oszillators oder Zerhackers dem entgegenzuwirken. Salopp gesagt, wo nichts geregelt wird kann nichts zurückgeregelt werden.

Vielmehr macht der doch deutliche Preisunterschied zwischen ungeregelt und geregelt (und somit dauerkurzschlussfest) es dem Entwickler beinahe unmöglich zu solch einem Bauteil zu greifen, um den nicht alltäglichen Fehlerfall eines extern produzierten Kurzschlusses abzufangen. So war es und man hat sich damit arrangiert, man lebt damit dass ein gewisser Prozentsatz an Rückläufen durch Anwenderfehler ausgelöst wird.

Aus Erfahrung in der Reklamationsbehandlung zeigt sich, dass der mit Abstand größte Posten an ausgefallenen 1-W-Wandlern auf dieses Konto geht. Die Dunkelziffer beängstigt, denn der Umstand ist bekannt und meistens wird klaglos ausgetauscht, man lebt damit. Muss das wirklich so sein? – Nein.

Protected-Option: Sicherheit bei ungeregelten Wandlern

RECOM trägt diesem Umstand Rechnung, indem das Unternehmen 2006 sein gesamtes Schnittstellen-Wandler-Spektrum, alle ungeregelten Wandlerserien von 0,25 bis 2 W, zusätzlich zur bisherigen Standardausführung um eine so genannte P-Option (P steht für Protected) ergänzt hat. Der Wandler ist, obwohl nach wie vor ungeregelt, einfach aufgebaut und deutlich kostengünstiger als die geregelte Variante, in der Lage, dauerhaft einer Ausgangsüberlastung bzw. einem Kurzschluss zu widerstehen. Das ist jetzt ein krasser Widerspruch zu dem, was ein paar Zeilen weiter zuvor gesagt wurde, mögen Sie jetzt denken.

Falsch, denn durch cleveres ausbalancieren von gewählten Materialien für die Trafokerne und darauf abgestimmte Spezifikationen der im primärseitigen Oszillator verbauten Transistoren ist es RECOM gelungen, eine Kurzschlussfestigkeit zu garantieren, ohne den ungleich aufwendigeren Weg einer Feedback-Regelung mit Überlastüberwachung zu gehen. Mit nur wenigen Bauteilen wird so ein Wandler realisiert, der voll abgesichert ist gegen fast alles, was für die breite Masse an am Markt erhältlichen Schnittstellenwandlern, den sicheren Ausfall bedeuten würde.

Die Protected-Option beherrscht den Sättigungsstrom

Anders gesagt: Der durch Überlast hervorgerufene deutlich höhere Sättigungsstrom kann von den Transistoren der P-Option-Wandler dauerhaft getrieben werden, ohne den nur zu gut bekannten Eingangskurzschluss der Wandler, der sich durch eine sehr kurze aber heftige Erhitzung des Wandlers, manchmal begleitet von einem leisen, verräterischen Zischen bemerkbar gemacht hat.

So einfach wie die Lösung des Problems ist, so einfach ist sie auch anzuwenden. Alle Wandler-Spezifikationen gelten für die Standardvariante wie auch für die P-Option gleichermaßen. RECOM konnte schon einige der klassischen Schnittstellen-Produkt-Kunden von den Vorteilen dieses Lösungsansatzes überzeugen. So mancher Entwickler war davon derart begeistert, dass er sich veranlasst sah, alle Wandler ab sofort nur noch als P-Option zu nutzen.

Ungeregelt und dennoch kurzschlussfest

DC/DC-Wandler, speziell die einfach aufgebauten mit kleiner Leistung von 0,25 bis 2 W und mit ungeregelten Ausgängen finden vor allem in Interface-Applikationen (Profibus, CAN-Bus, etc.) Anwendung, wo sie die hier nötige galvanische Trennung sicherstellen sollen. Die Spannungsversorgung von sehr kleinen Lasten (etwa Sensoren) kann hierbei eine Nebenfunktion des DC/DC-Wandlers sein. Diese Nebenfunktion erfordert mitunter kurzschlussfeste Ausgänge der DC/DC-Wandler, für ungeregelte Wandler war das bisher eine Eigenschaft mit Seltenheitswert. Dieser Artikel behandelt die Problematik und die von RECOM angebotene Lösung dazu.

RECOM, Tel. +43(0)7612 90033102

*Christian Haudum ist Development/Manager Technical Support, RECOM Development GmbH & Co KG, Gmunden/Östereich.

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