Kompakte und effiziente Abwärtswandler im Automobil

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Die Schaltung verkraftet auch starke Lastsprünge

Bild 4 zeigt einen starken Lastsprung von 0,5 auf 2,6 A mit einer Anstiegszeit von 2 A/µs. Obwohl nur zwei Keramik-Kondensatoren mit jeweils 22 µF am Ausgang verwendet werden, fällt die Ausgangsspannung lediglich um 80 mV. Zum Vergleich: ein GSM-System verlangt eine Strom-Anstiegszeit von „nur“ 0,15 A/µs. Bild 5 zeigt einen simulierten GSM-Lastsprung mit 0,25 A/µs von 0,5 auf 2,5 A in einer 12- auf 3,3-V-Anwendung mit 2 x 22 µF Ausgangskapazität.

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Durch die Ausführung als monolithischer Chip in einem kompakten Gehäuse mit geringer parasitärer Induktivität bietet der MPQ4470 im Vergleich zu einer Lösung mit Controller und FET deutliche EMV-Vorteile. Dies gilt auch im Vergleich zu monolithischen Buck-ICs anderer Hersteller, die aber im Gegensatz zum MPQ4470 auf mehreren Einzel-Chips basieren, die über Bonddrähte verbunden sind. Beim MPQ4470 kann die für die Störungen maßgebliche Antennen-Fläche des Kreises mit hohem di/dt zwischen Eingangskondensator und den beiden FETs sehr klein gehalten werden (Bild 5).

Die kompakte monolithische Lösung bietet EMV-Vorteile

Beim Platinen-Aufbau sollte in der Lage unter dem MPQ4470 mit kleinem Abstand eine Massefläche liegen. Werte von 50 µm sind ideal, kleiner 250 µm sollten angestrebt werden. Für eine Reduktion der Anstiegszeit und zum Verringern von Überschwingern am Schaltknoten, kann ein kleiner Widerstand zwischen dem Bootstrap-Pin (BST) und C3 aus Bild 1 platziert werden.

Dieser Widerstand reduziert den Ladestrom der Gate-Source-Kapazität beim Einschalten des oberen FETs. Empfohlener Standardwert sind 5 Ω. Dieser Wert wurde bei allen im Text angegebenen Messungen verwendet. Je nach Wert und Applikation kann mit dieser Maßnahme die Störabstrahlung um ca. 3 bis 6 dB gesenkt werden. Allerdings erhöhen sich hierdurch die Schaltverluste. Mit 3,3 V und 3 A Last am Ausgang und 500 kHz Schaltfrequenz erhöhen sich diese bei einer Änderung von 5 auf 22 Ω um 1% (100 mW) für eine 24-V-Speisung. Bei einer Eingangsspannung von 12 V erhöhen sich diese Verluste nur um 0,4% (40 mW).

Applikationen mit hoher Leistungsdichte

Der MPQ4470 ist ein monolithischer, synchroner Step-down Schaltregler, der es aufgrund seiner hohen Effizienz und geringen externen Beschaltung erlaubt, Applikationen mit hoher Leistungsdichte zu realisieren. Der weite Eingangsspannungsbereich von 4,5 bis 36 V macht ihn für eine Vielzahl von automotiven Applikationen interessant. Die verwendete adaptive COT-Architektur des Reglers vereint zudem die Vorteile der guten Lastsprung-Antwort eines klassischen COT-Reglers und der nahezu konstanten Schaltfrequenz, die bislang PWM-Reglern vorbehalten war. Evaluation Boards für ausgiebige Tests sind verfügbar.

* Jens Hedrich, ist MPS Senior Application Engineer bei MPS,

* Thomas Berner Product Manager Power ICs bei Codico in Perchtoldsdorf, Österreich.

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