Power-Tipp Spannungsunterbrechung war gestern

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In vielen Anwendungen muss die Versorgungsspannung zuverlässig und kontinuierlich zur Verfügung stehen. Das ist nicht immer einfach umzusetzen. Wir stellen ein neues Konzept vor, mit dem eine unterbrechungsfreie Stromversorgung in sehr kleiner Bauform realisiert werden kann.

Es gibt viele Anwendungen, bei welchen eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) benötigt wird. Beispielsweise müssen RAID-Systeme zur Datensicherung geschützt werden, damit keine Daten bei einem Spannungsausfall zu Datenverlust führt. Auch Systeme mit einer Echtzeituhr müssen immer mit Spannung versorgt werden. Diese kann von einer Batterie oder einer anderen Backup-Lösung kommen. Weitere Einsatzgebiete sind Telemetrie-Anwendungen im Automobilbereich sowie Systeme zur Abgabe von Medikamenten wie eine gesteuerten Insulinpumpe.

Bild 1 zeigt eine typische Anwendung aus dem industriellen Bereich für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Hier wird ein industrieller Sensor mit Spannung versorgt. Die Zuverlässigkeit des Systems hängt maßgeblich von der Spannungsversorgung für diesen Sensor ab.

Bildergalerie

Es wird ein linearer Laderegler-IC verwendet, um einen Superkondensator aufzuladen, wenn eine Systemspannung vorhanden ist. Bei einem Abfall der Systemspannung wird die Energie aus dem Energiespeicher mit einem Boost-Regler auf die nötige Versorgungsspannung angehoben.

Ein solches System funktioniert gut, die Umsetzung ist jedoch aufwändig, da viele unterschiedliche Energiewandler benötigt werden. Bei vielen Anwendungen darf zudem keine Energie aus dem Energiespeicher zur Versorgung zurückgelangen, also in den Rest das Systems. Das können andere Sensoren sein, die an derselben Versorgungsspannung hängen. Der Energiespeicher ist üblicherweise so ausgelegt, dass die lokale Last versorgt werden kann und nicht das komplette System, welches an die 24-V-Versorgung angehängt ist. Dadurch ist die Diode D in Bild 1 notwendig.

Hochintegrierte Backup-Lösung Continua

Bild 2 zeigt ein neues Konzept mit dem MAX889. Dabei handelt es sich um eine hoch integrierte Backuplösung für Spannungs-Rails bis 5 V mit dem Namen ‚Continua‘. Benötigt wird nur ein einziger IC mit wenigen passiven, externen Komponenten. Der MAX38889 hat eine integrierte Halbbrücke, welche wechselweise im hocheffizienten Buck- oder Boost-Modus betrieben wird.

In Bild 3 ist eine komplette betriebsbereite Schaltung gezeigt. Die Logik sowie die Leistungsschalter sind alle integriert ausgeführt, sodass nur eine externe Chip-große Induktivität sowie einige Stützkondensatoren neben dem Super-Kapazitätsspeicher benötigt werden.

Der obere, integrierte Leistungsschalter ist mit der True-Shutdown-Technologie von Analog Devices ausgeführt. Dadurch kann die ‚System‘-Spannung von der ‚CAP‘-Spannung getrennt werden, um einen Stromfluss von CAP ins System zu verhindern, sollte die CAP-Spannung einmal höher liegen.

Fazit: Es gibt auf dem Markt sehr viele unterschiedliche Backup-Lösungen für verschiedene Spannungs- und Strombereiche. Mit dem Continua-Konzept kann ein Backup einfach zu Versorgungsleitungen von 5 oder 3,3 V hinzugefügt werden. Dies in sehr kleiner Bauform, mit nur sehr geringem Entwicklungs- und Implementierungsaufwand. Zusätzlich hat diese Lösung eine Wandlungseffizienz bis zu 94 Prozent im Lade- und Entlademodus, um den Energiespeicherbedarf zu minimieren.  (kr)

* Frederik Dostal arbeitet als Field Application Engineer für Power Management bei Analog Devices in München.

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