Mit moderner Wandlertechnologie zur „grünen“ Stromversorgung

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Der Strom im primärseitigen Resonanzkreis ist komplett sinusförmig und unterscheidet sich daher von dem rechteckförmigen oder nur teilweise sinusförmigen Stromverlauf in früheren Wandlergenerationen. Als Folge dieses rein sinusförmigen Stromes entstehen wesentlich weniger Oberwellen und daher Ausgangsspannungen mit deutlich geringerem Störspannungsanteil.

SAC-Wandler mit minimierter Streuinduktivität im Primärkreis

Die Streuinduktivität im Primärkreis eines SAC-Wandlers wurde ebenfalls minimiert, da sie nicht für die kritische Speicherung von Energie benötigt wird. Im Vergleich zu ZCS/ZVS-Wandlern ist daher ein Betrieb bei wesentlich höheren Frequenzen möglich. Dies erlaubt den Einsatz von kleineren Übertragern, was sowohl Wirkungsgrad als auch Leistungsdichte erhöht.

Moderne SAC-Wandler mit Taktfrequenzen weit über 1 MHz

Die heutigen SAC-basierten Produkte können mit Frequenzen weit über 1 MHz arbeiten. Im Gegensatz zu Resonanzwandlern ist die Taktfrequenz fest und nicht von der Last abhängig. Erhöht sich die Last am Ausgang, steigt als Reaktion die Amplitude des sinusförmigen Stromes im primärseitigen Resonanzkreis. Dadurch wird die auf die Sekundärseite übertragene Energie erhöht. Bei einer Lastreduzierung sinkt die Amplitude der Sinusschwingung und geht im Betrieb ohne Last auf Null zurück.

SAC-Module können als „DC-Übertrager“ betrachet werden

Auf dieser SAC-Topologie basierende Module sind Funktionsblöcke, die ein Entwickler auch als „DC-Übertrager“ betrachten kann. Als Beispiel wird ein Wandler mit einem Übersetzungsverhältnis von 5:1, einer nominellen Eingangsspannung von 48 V (36 … 60 V) und einem wie Wirkungsgrad von 98% angenommen. Beim Vergleich mit einem herkömmlichen Wandler mit 92% Wirkungsgrad könnte man meinen, dass 98% nur eine Verbesserung von einigen Prozentpunkten bedeutet. Die korrekte Betrachtungsweise liegt aber im Vergleich der Verluste im Verhältnis zur Ausgangsleistung. Der Wirkungsgrad ist definiert durch das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung, d.h. Wirkungsgrad = P_out/P_in. Bei einer angenommenen Ausgangsleistung von 100 W betragen die Verluste bei 92% Wirkungsgrad eines Standardwandlers 8,7 W, bei 98% Wirkungsgrad eines SAC-Wandlers jedoch nur noch 2 W.

Der SAC-Wandler produziert also nur 23% der Verluste früheren Lösungen. Dies hat weitreichende Auswirkungen auf die komplette Systementwicklung, da der Entwickler nur noch mit weniger als einem Viertel der bisher in der Stromversorgung auftretenden Wärme rechnen muss. Alternativ kann diese Verbesserung auch dazu genutzt werden, die Gesamtleistung im System oder die erlaubte Umgebungstemperatur zu erhöhen oder den Kühlluftstrom zu reduzieren.

Verbesserungen wermöglichen deutlich kompaktere Wandler

Setzt man diese Zahlen in reale Werte um, kann z.B. ein moderner Wandler mit einem Ausgangsstrom von 70 A bei 25 °C und 100 LFM (Linear Feet/Minute) Kühlluftstrom spezifiziert sein. Entwickler wissen, dass sie die Werte entsprechend umrechnen können. Der gleiche Wandler kann bei einer Umgebungstemperatur von 55 °C und einem Luftstrom von 200 LFM die gleiche Ausgangsleistung liefern. Beide Werte bieten eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu den früheren Wandlern, die 54 A bei 25 °C und 100 LFM bzw. nur 49 A bei 55 °C und 200 LFM liefern konnten. Auf Grund der erwähnten Faktoren kann diese Verbesserung sogar in einem kleineren Volumen und auf weniger Leiterkartenfläche erzielt werden.

SAC-Wandler bieten mehr als Module mit PWM-Topologie

Bild 2 zeigt detailliert die Unterschiede zwischen einem SAC-Wandler von Vicor und einem 5:1-Quarter-Brick-Wandler eines Mitbewerbers mit konventioneller PWM-Schaltung. Bei den ersten vier Parametern bedeuten kleinere Werte eine bessere Performance und wie in der Übersicht gezeigt, unterbietet der SAC-Wandler die PWM-Topologie in allen vier Punkten. Bei den restlichen drei Parametern kommt es auf möglichst hohe Werte an und auch hier überbietet der SAC-Wandler den klassischen PWM-Wandler in Sachen Leistungsdichte, Schaltfrequenz und Ausgangsleistung. Insgesamt betrachtet bedeuten diese Unterschiede einen gewaltigen Schritt vorwärts.

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Link: Mehr über SAC-Wandler

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DC/DC-Wandler