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Für Ausgangsströme bis zu 4 A Positiv-Negativ-Wandler mit großem Eingangsspannungsbereich

Viele Anwendungen benötigen negative Vorspannungen, die praktischerweise intern erzeugt werden, um auf keine bipolare Versorgungsspannung angewiesen zu sein. Der Baustein des Typs LTC7149 ermöglicht die Erzeugung negativer Ausgangsspannungen aus Eingangsspannungen zwischen 3,4 V und 60 V, wobei die integrierten Schalttransistoren für eine wirksame Reduzierung des externen Schaltungsaufwands sorgen.

(Bild: Linear Technology)

Die Umwandlung positiver Gleichspannungen in solche mit negativer Polarität (invertierender Ausgang) wird in Anwendungen mit LCDs, OLED-Displays, Audioverstärkern, industriellen Applikationen, Messgeräten, Prüfsystemen, LED-Treibern und Akkuladegeräten häufig benötigt. In allen diesen Fällen muss der invertierende Wandler kompakt und für hohe Leistung geeignet sein und einen erweiterten Eingangsspannungsbereich bieten.

Der LTC7149 erfüllt alle diese Forderungen. Seine integrierten, für 4 A ausgelegten Schalter und sein großer Eingangsspannungsbereich von 3,4 V bis 60 V übertreffen die Anforderungen selbst anspruchsvollster Anwendungen unter anderem im Automotive-Bereich.

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Schaltungsbeschreibung und Funktionalität

Bild 1 zeigt die Schaltung eines Positiv-Negativ-Wandlers auf Basis der LTC7149. Aus einer Eingangsspannung von 12 V (also beispielsweise aus der Bordnetz-Spannung eines Autos) stellt diese Lösung eine Spannung von -10 V bei 2 A zur Verfügung. Die Leistungs-Bauelemente der Schaltung wurden für eine nominelle Eingangsspannung von 12 V ausgelegt. Mit entsprechendem Derating werden allerdings Eingangsspannungen in einem Bereich von 4 V bis 50 V unterstützt.

In Automotive-Anwendungen ermöglicht die Eignung des LTC7149 für hohe Eingangsspannungen den Verzicht auf teure Überspannungs-Schutzbausteine. Die niedrige Mindest-Eingangsspannung wiederum sorgt dafür, dass empfindliche Systeme auch während eines Kaltstarts des Fahrmotors in Funktion bleiben. Das Datenblatt zum LTC7149 enthält Richtlinien zum Berechnen der Spannungen und Ströme, denen die Bauelemente um den LTC7149 herum ausgesetzt werden. Als Beispiel zeigt Bild 2 anhand einer Kurve, wie der Ausgangsstrom bei Eingangsspannungen unter 12 V herabgesetzt werden muss.

In der Schaltung aus Bild 1 kommt eine externe Regelkreis-Kompensation zum Einsatz. Verbindet man die Anschlüsse ITH und INTVCC miteinander, kann dagegen wie in Bild 3 gezeigt auf die interne Kompensation zurückgegriffen werden. Wird der Pin MODE/SYNC mit GND verbunden, wird der BurstMode-Betrieb aktiviert. Bei Bedarf können auf GND bezogene Synchronisationsimpulse an diesen Anschluss gelegt werden. Die gezeigte Lösung kommt auf einen Wirkungsgrad von bis zu 94 %.

Spannungsgesteuerte Schaltung mit variablem negativem Ausgang

Sehr viele Anwendungen – darunter LCDs, OLED-Monitore und Prüfsysteme – verlangen nach einer Möglichkeit, die negative Vorspannung ohne großen Aufwand zu verstellen. Der LTC7149 enthält Features, die diese Aufgabe erleichtern.

Bild 3 zeigt eine negative Spannungsquelle, bei der die Höhe der negativen Ausgangsspannung von einer positiven, massebezogenen Steuerspannung bestimmt wird, die an den Pin VOUTSNS gelegt wird. In Bild 3 handelt es sich bei dieser Spannung um VCTRL, die zwischen 0 V und 5 V liegt. Die resultierende negative Ausgangsspannung VOUT– berechnet sich nach folgender Formel:
VOUT– = -50 µA ∙ RSET + VCTRL

Das aus RF und CF gebildete Tiefpassfilter dient der Störunterdrückung. Der Pin VOUTSNS darf auf keinen Fall unbeschaltet bleiben. Zu allen Zeit muss an diesem Pin irgendein Potenzial liegen. Kann dies (beispielsweise beim Testen des Systems) nicht gewährleistet werden, sollte der Widerstand RP eingebaut werden.

Die Kurve in Bild 4 zeigt VOUT– als Funktion von VCTRL. Bild 5 verdeutlicht das breite Anwendungspotenzial dieses Konzepts, wenn für VCTRL eine sinusförmige Spannung mit einer Amplitude von 2,5 V gewählt wird.

Fazit

Der LTC7149 ist ein für negative Stromversorgungen konzipierter, hocheffizienter monolithischer Regler für bis zu 50 V Eingangsspannung und Ausgangsströme bis 4 A. Der Baustein bietet große Eingangs- und Ausgangsspannungsbereiche und verfügt über eingebaute Schalttransistoren, was die Entwicklung von Wandlerschaltungen vereinfacht. Die in dieser Design Note beschriebenen Lösungen und Schaltungen können Hilfestellung beim Einsatz dieses Reglers in Automotive- und Industrie-Applikationen sowie in Display- und Monitorsystemen leisten.

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