Power-Tipp Mehrere Schaltregler parallel betreiben

In diesem Power-Tipp stellen wir eine integrierte Schaltung vor, in dem zwei parallele Schaltregler frequenzsynchronisiert arbeiten, was Beat-Frequenzen verhindert und die Größe der Schaltung verringert.

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RECOM Power GmbH

Analog Devices

In den meisten Elektronikschaltungen ist mehr als eine Versorgungsspannung notwendig. Dies kann unterschiedliche Gründe haben.

Ein Beispiel ist die Versorgungsspannung eines Mikrocontrollers, welcher für seine Ein- und Ausgänge gewöhnlich eine höhere Spannung benötigt als für seinen Rechenkern.

Wo früher meistens Linearregler zum Erzeugen von unterschiedlichen Spannungen verwendet wurden, werden heute häufig Schaltregler für diesen Zweck eingesetzt.

Wenn unterschiedliche Schaltregler in einem System betrieben werden, können sogenannte Beat-Frequenzen entstehen. Diese Frequenzen setzen sich aus niederfrequenten Impulsen zusammen, welche durch die Überlagerung von unterschiedlichen Schaltfrequenzen der eingesetzten Schaltregler entstehen und sich im System ausbreiten können. Um dies zu begrenzen kann aufwändig gefiltert werden.

Die bessere Lösung ist jedoch, die unterschiedlichen Schaltregler in einem System miteinander in der Frequenz zu synchronisieren. Dadurch arbeiten beide Schaltregler mit der gleichen Schaltfrequenz und Beat-Frequenzen werden nicht erzeugt.

Unterschiedliche Schaltregler können miteinander auf die gleiche Schaltfrequenz gebracht werden, wenn sie Synchronisationsanschlüsse haben. An diese wird ein externer Takt angelegt und die Schaltfrequenz des Schaltreglers passt sich darauf an.

Bild 1 zeigt ein System mit zwei Schaltreglern, welche mit einem externen Takt angesteuert werden.

Schaltregler mit Synchronisations-Ein- und Ausgang

Da eine externe Takterzeugung recht aufwändig sein kann, gibt es Schaltregler ICs, die sowohl einen Synchronisationseingang als auch einen Synchronisationsausgang haben. Hierbei entfällt auch das Probem der Spannungsversorgung für den externen Taktgeber.

Leider gibt es nicht viele Schaltregler ICs auf dem Markt, die diese umfangreichen Möglichkeiten haben.

Besonders praktisch sind Schaltregler für mehrere Spannungen, welche in einer integrierten Schaltung erhältlich sind. Bild 2 zeigt eine derartige Lösung mit zwei Schaltreglern im ADP2230 von Analog Devices integriert.

Hierbei werden zwei getrennt geregelte Spannungen von einer Eingangsspannung erzeugt. Die beiden Schaltkanäle sind miteinander frequenzsynchronisiert, sodass Beat-Frequenzen verhindert werden. Man spart sich die Erzeugung eines externen Taktes zur Synchronisation.

Zusätzlich kann mit der Frequenzsynchronisation noch eine weitere Schaltungsverbesserung erziehlt werden. Wenn beide Schaltregler zwar mit derselben Frequenz arbeiten, jedoch der Beginn eines Zyklusses phasenversetzt ist, wird die Strombelastung der Energiequelle stark reduziert.

Zwei parallele Schaltregler werden üblicherweise mit 180 Grad Phasenversatz betrieben. Dies reduziert nicht nur die Wechselstrombelastung der Energiequelle, sondern reduziert auch die notwendige Größe des Eingangskondensators. Der ADP2230 arbeitet mit einer Schaltfrequenz von 2 MHz, ist jedoch zusätzlich mit einem weiteren Systemtakt synchronisierbar.

Die beiden Abwärtswandler sind frequenzsynchronisiert und arbeiten mit 180 Grad Phasenversatz, was störende Beat-Frequenzen verhindert und die notwendigen Eingangskondensatoren verkleinert. Das System weist dadurch geringere Störungen auf, kann kleiner dimensioniert werden und auch die Kosten reduzieren.

* Frederik Dostal arbeitet im Technischen Management für Power Management in Industrieanwendungen bei Analog Devices in München.

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