Transientes Spannungsverhalten eines DC/DC-Wandlers Qualifizierung von Schaltnetzteilen: Teil 3

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Eine ausführliche Qualifizierung von Schaltnetzteilen ist unbedingt anzuraten und trägt zur Stabilität des Gesamtsystems bei. Diese Beitragsserie gibt Tipps und Hilfestellungen zur Qualifizierung von selbst entwickelten Schaltnetzteilen auf elektronischen Baugruppen. In diesem zweiten Teil unserer Reihe geht es um das transiente Spannungsverhalten eines DC/DC-Wandlers.

In den ersten beiden Teilen dieser Reihe haben wir uns mit den Grundlagen des Designs, des Layouts und der Simulation sowie den einzelnen Schritten bei der qualifizierenden Messung von Schaltnetzteilen beschäftigt. Heute geht es um die Qualifizierung des transienten Spannungsverhaltens eines DC/DC-Wandlers.

Hochfahren der Spannungsschiene

Wenn die Spannungsschiene hochgefahren wird, sind beim Betrachten der Ströme und Spannungen – analog auch beim Abschaltvorgang – einige Punkte zu beachten: Gibt es Über- oder Unterschwinger? Werden die Grenzwerte der Versorgungsschiene eingehalten? Wie lange dauert das Hochfahren/Einschwingen? Wie groß sind die Inrush-Ströme?

Bildergalerie

Abschalten der Spannungsschiene

Auch beim Abschalten gilt es, auf diese Aspekte zu achten: Gibt es Über- bzw. Unterschwinger? Werden die Grenzwerte der Versorgungsschiene eingehalten? Wie lange dauert das Abklingen? Gibt es eine Verzögerung zwischen Enable-Signal und Abschalten?

Nachfolgend ist beispielhaft der Messaufbau zur Messung des transienten Abschaltverhaltens einer Spannungsschiene zu sehen:

Backdriving-Spannung

Das Phänomen der Backdriving-Spannung verdient besondere Beachtung. Eine Frage ist, wie sich die anderen Schaltungsteile auf die vermessene Spannungsschiene auswirken. Idealerweise beeinflussen sich Spannungsquellen nicht gegenseitig. Von „Backdriving“^[1] spricht man, wenn eine Spannungsquelle eine andere beeinflusst. Falls es zu Backdriving kommt, ist festzustellen, welche Komponente(n) dafür verantwortlich ist/sind, und ob dies kritisch zu sehen ist. Führt das Backdriving etwa zu Fehlfunktionen, z. B. zu ungewollter Aktivierung von anderen Schaltungsteilen? Um diese Störquellen zu verhindern, muss eruiert werden, ob das Backdriving durch „einfache“ schaltungstechnische Maßnahmen zu mildern oder gar zu beseitigen ist, etwa durch Änderung der Ein- bzw. Ausschaltfrequenz, Verwendung anderer Komponenten, welche eine bessere Isolation zwischen den unterschiedlichen Versorgungsschienen besitzen, aktive Klemmung gegen Masse u. a.

Allgemeines

Einfache (niederfrequente) Steuerleitungen – z. B. EN-Leitungen, PWR-Fail-Leitungen etc. – können mittels gewöhnlicher Tastköpfe gemessen werden. Hierbei empfiehlt es sich, einen Pinheader mit allen Steuerleitungen permanent auf die Testplatine zu löten oder zu kleben. Das hat den Vorteil, dass man die einzelnen Steuerleitungen schnell messen kann, ohne den Testaufbau jedes Mal umbauen zu müssen. Generell lohnt es sich, anfangs viel Aufwand in den Testaufbau zu stecken. Wenn alle zu messenden Leitungen aus dem DuT (Device under Test) hinausführen, sind alle Messungen reproduzierbar und der Testaufbau muss während der gesamten Qualifizierungsphase nicht verändert werden.

Das transiente Spannungsverhalten der qualifizierten Spannungsschiene kann ähnlich wie die Steuerleitungen mit gewöhnlichen Tastköpfen an einem Pinheader gemessen werden. Zulässig ist dies jedoch nur für die Messungen des transienten Verhaltens. Bei tiefgreifenderen Messungen, wie sie in den folgenden Artikeln dieser Serie beschrieben werden, sind filigranere Aufbauen vonnöten, wie sie auch Heitec bei Qualifizierungen vornimmt.

Im nächsten Teil werden wir uns etwas detaillierter mit der Qualifizierung der Strom- und Temperaturbelastung beschäftigen. Begleiten Sie uns dabei! (tk)

Design, Layout und Simulation

Serie: Qualifizierung von Schaltnetzteilen, Teil 1

Qualifizierende Messungen

Serie: Qualifizierung von Schaltnetzteilen, Teil 2

[1] Kurze Erläuterung zur Namensgebung von „Backdriving“: In der E-Technik unterscheidet man Versorger (oder auch Generatoren genannt) und Verbraucher. Ein Versorger „treibt“, gibt also Leistung ab. Ein Verbraucher „wird getrieben“, nimmt also Leistung auf. Im Englischen sagt man dazu „driving“ bzw. „being driven“. Wenn etwas „back driven“ wird, wird die Strom-Spannungsbeziehung umgekehrt. Ein Versorger wird sozusagen widerwillig (deswegen „back driving“) zu einem Verbraucher. Auf analoge Art und Weise kann auch ein Verbraucher als Generator fungieren (siehe z. B. Flyback-Effekt bei Induktivitäten).

* Konstantin Vilyuk und Stefan Lange, Engineering Geschäftsgebiet Elektronik, Heitec AG.

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