Isolierte DC/DC-Wandler mit minimalem Bauteileaufwand

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Zwei grundlegende Eingangsspannungsbereiche

Es gibt zwei grundlegende Eingangsspannungsbereiche, und zwar einen für den industriellen Markt (9 bis 32 V) sowie einen anderen für die Telekommunikations-/Datenkommunikationsmarkt (36 bis 75 V), wobei einige andere mit einem Eingangsspannungsbereich zwischen 18 und 75 V arbeiten. Linear Technology bietet Designs für alle diese Topologien und Eingangsspannungsbereiche mit Ausgangsspannungen von 1,2 bis 48 V an.

Anwender können mit Demo-Boards, Schaltplänen, Stücklisten und Gerber-Daten für die Entwicklung der Leiterplatte versorgt werden. Ein Quick-Start-Guide liefert Leistungskurven einschließlich Last-/Leitungsregelung, Werte für Welligkeit und Rauschen, Wirkungsgrad und Einschwingverhalten.

Populäre Eintakt- und Zweitakt-Durchflusswandler

Eine der populärsten Topologien, die in galvanisch getrennten DC/DC-Wandlern hoher Leistungsdichte verwendet wird, ist der Durchflusswandler. Linear Technology bietet sowohl Eintakt- als auch Zweitakt-Durchflusswandler, die zur Steuerung, Timing und Treiben der synchronen MOSFETs mit ICs auf der Primär- und Sekundärseite arbeiten. Die Entwickler von Abwärtswandlern profitieren seit langem von der Einfachheit, dem hohen Wirkungsgrad und dem schnellen Einschwingen, die von den jüngsten Controller-ICs geboten werden, die die synchrone Gleichrichtung und Mehrphasen-Multiplex-Leistungsstufen bereits enthalten.

Die gleichen Funktionen sind jetzt jedoch auch in Durchflussreglern verfügbar und der vor kurzem auf den Markt gebrachte LT8310 ist ein gutes Beispiel für einen Baustein, der in einer Anwendung mit geringer Komponentenanzahl eingesetzt werden kann. Tatsächlich benutzt der LT3810, wie in Bild 1 dargestellt, nur 20 externe Komponenten, um einen kompletten isolierten Durchflussregler zu realisieren und eine Ausgangsleistung von bis zu 78 W zu liefern.

Die Schaltung in Bild 1 generiert mit einem Wirkungsgrad von bis zu 92% einen 12-V-Ausgang mit bis zu 6,5 A aus einem nominalen Eingang von 48 V. Dieser Primärseiten-Durchflussregler mit Resonanz-Reset arbeitet mit einem Eingangsspannungsbereich zwischen 6 und 100 V und ist auf Leistungspegel bis zu 200 W ausgelegt. Der Baustein kann sowohl in synchronen als auch nicht-synchronen Applikationen eingesetzt werden.

Im synchronen Betrieb sendet der LT8310 ein Steuersignal über einen Pulstrafo zu einem MOSFET-Treiber auf der Sekundärseite, um das Timing der synchronen Gleichrichtung zu steuern. Synchrone Designs sind am vorteilhaftesten für Anwendungen mit höherer Leistung oder kleinerer Ausgangsspannung.

Ausgangsspannungsregelung mit oder ohne Optokoppler

Eine Regelung der Ausgangsspannung von ±8% kann ohne Einsatz eines Optokopplers erzielt werden, wie in Bild 2 gezeigt. Wenn ein Optokoppler verwendet wird, kann eine Regelung im Bereich von ±1,5% erreicht werden. Eine programmierbare Spannungsklemme auf der Sekundärseite ist eine Absicherung für den Trafo-Reset, die eine Sättigung verhindert und die MOSFETs schützt. Diese Funktion erlaubt die Optimierung des Trafos und der MOSFETs, was wiederum die Ausmaße und die Kosten der Lösung reduziert.

Die Spannungsklemme auf der Sekundärseite des LT8310 definiert V_OUT ohne Notwendigkeit für einen Optokoppler, was das Design vereinfacht und die Kosten für eine galvanisch getrennte Applikation reduziert. In Anwendungen mit einer Spannungsrückkopplung des Ausgangs (optoisoliert oder direkt verdrahtet) wird die Spannungsklemme auf der Sekundärseite über den „natürlichen“ Arbeitstakt des Wandlers eingestellt, um eine Absturzsicherung für den Arbeitstakt zu bieten, die verhindert, dass der Trafo bei Lastspitzen in die Sättigung übergeht.

Für Anwendungen ohne galvanische Trennung hat der LT8310 einen Spannungsfehlerverstärker- und -rückkoppel-Pin mit positiven und negativen Referenzen, was sehr einfach einen vollständig geregelten Durchflussregler mit positiven oder negativen Ausgangsspannungen ergibt. Weitere Funktionen sind ein programmierbarer Überstromschutz, einstellbare Eingangsunterspannungs- und -überspannungssperre und eine Abschaltung bei Übertemperatur.

Der LT8310 hat eine programmierbare Betriebsschaltfrequenz von 100 bis 500 kHz und kann mit einem externen Takt synchronisiert werden, was die Verwendung eines großen Bereichs von unterschiedlichen Ausgangsspulenwerten und Trafoausmaßen ermöglicht. Der LT8310 wird im TSSOP-Gehäuse mit 20 Pins geliefert, wobei einige Pins entfernt wurden, um den notwendigen Abstand für Hochspannungsanwendungen zu erreichen.

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