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11-2018

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Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Stromversorgung

Stromversorgung Automobil-EMI-Standards leicht erfüllt Zweikanaliger, monolithischer, synchroner, abwärts wandelnder 42-V-/4-A-Silent-Switcher mit 6,2 µA Ruhestrom Bild 1: Schnelles Einschwingen der 7,5-V-/4- und 3,3-V-/4-A-Ausgänge Autor: Von Hua (Walker) Bai, Applikationsingenieur Analog Devices, Inc. www.analog.com Der LT8650S, ein zweikanaliger, synchroner 42-V-/4-A-Silent-Switcher 2-Regler hat einen weiten Eingangsspannungsbereich von 3 bis 42 V, der sich ideal für Automobil-, Industrie- sowie weitere abwärts wandelnde Anwendungen eignet. Sein Ruhestrom beträgt nur 6,2 µA mit den Ausgängen in Regelung – eine wichtige Eigenschaft in Automobilumgebungen in denen ständig eingeschaltete Systeme Strom aus der Batterie ziehen können, wenn das Auto überhaupt nicht im Betrieb ist. In vielen Schaltreglerentwicklungen können elektromagnetische Interferenzen zum Problem werden, wenn das Baugruppen-Layout nicht den entsprechenden strengen Layout-Regeln folgt. Dies ist im Falle einer Silent-Switcher 2-Entwicklung nicht der Fall, in denen die Automobil-EMI-Standards mit nur minimalen Berücksichtigungen im Layout erfüllt werden. Schnelles Einschwingen Die 7,5-V-/4-A- und 3,3-V-/4-A- Ausgänge schwingen schnell ein. Bild 1 zeigt den Dual-Regler, der zur Optimierung des transienten Ansprechverhaltens optimiert ist. Obwohl der LT8650S eine interne Kompensation hat wird eine externe Kompensation verwendet, um die transiente Ansprechzeit und die Ausgangsspannungsänderungen zu minimieren. Die Schaltzeit liegt bei 2 MHz, was eine höhere Schleifenbandbreite und schnellere transiente Reaktion erlaubt. Bild 2 zeigt das Ausgangsverhalten bei einem Lastschritt von 0 A auf 4 A, wobei V OUT um weniger als 100 mV, sowohl beim 7,5- V- als auch 3,3-V-Ausgang abfällt. Bild 2: Lastschrittreaktion von 0 A auf 4 A der Schaltung aus Bild 1 (Betrieb im Burst-Modus) 56 PC & Industrie 11/2018

Stromversorgung 3,3 V/3 A und 1 V/5 A für eine 2-MHz-SoC-Applikation Bild 3: Parallelgeschaltete Ausgänge liefern an einem 24-V-Eingang 9 V/8 A und bleiben dabei kühl Kühlung etwa 75 °C. Das Temperaturverhalten und der Wirkungsgrad sind bei einem 12-V-Eingang noch besser. Wenn sie parallelgeschaltet sind, ist es wichtig, den Strom zwischen den beiden Ausgängen auszubalancieren, indem man die Ausgänge von Fehlerverstärkern zusammenlegt. Dies kann erreicht werden indem man VC1 und VC2 miteinander verbindet und eine externe Kompensierung verwendet. Für Anwendungen, die ein größeres thermisches Budget benötigen arbeitet der LT8650H mit einer Sperrschichttemperatur von 150 °C. Viele Anwendungen für Systeme auf einem Chip (SoC) erfordern 3,3 V für Peripheriefunktionen und 1 V für den Rechenkern. Bild 5 zeigt den LT8650S in einer Kaskadenkonfiguration in der der Eingang für den 1-V-Wandler mit dem 3,3-V-Ausgang versorgt wird. Es gibt eine ganze Reihe von Vorteilen einer Kaskadenkonfiguration gegenüber der Versorgung aus der Hauptstromversorgung wie eine Verkleinerung der Gesamtgröße und dem Betrieb bei konstant 2 MHz. Die 4 A Nennstrom pro Kanal des LT8650S basieren auf thermischen Einschränkungen, aber jeder Kanal kann elektrisch bis zu 6 A liefern, wenn die Temperatur durch zusätzliche Kühlung gemanagt wird. In der Schaltung von Bild 5 ist die Ausgangsleistung des 1-V-Kanals 2 gering, so dass er 5 A liefern kann. Zusammenfassung Der LT8650S hat einen weiten Eingangsspannungsbereich, einen niedrigen Ruhestrom und ein Silent- Swicher 2-Design. Durch das Packen von zwei synchronen 4-A-Abwärtsreglern in einem 4 x 6 mm großen Gehäuse werden sowohl die Komponentenanzahl als auch die Lösungsgröße reduziert, wobei die Designflexibilität für eine breite Palette an Applikationen gewahrt bleibt. ◄ Bild 4: Thermisches Verhalten der Schaltung in Bild 3 Diese Reaktion ist kombiniert mit einer hohen anfänglichen Genauigkeit für eine Lösung, die eine enge Toleranz von V OUT erfüllt. Kühl bleiben Parallel geschaltete Ausgänge liefern 9 V/8 A aus 42 V und bleiben dabei kühl. Der LT8650S enthält zwei synchrone Abwärtswandler in einem 4 x 6 mm großen Gehäuse. Die beiden Ausgänge können für höhere Ströme einfach parallelgeschaltet werden, wie bei dem Design in Bild 3 mit 72 W am Ausgang und 24-V-Eingang gezeigt. Der Wirkungsgrad bei voller Last beträgt 95 % mit dem thermischen Verhalten der Baugruppe, die in Bild 4 dargestellt ist. Läuft der Baustein bei Raumtemperatur, erreicht der wärmste Teil des IC ohne aktive Bild 5: Schaltung mit 3,3 V/3 A und 1 V/5 A mit 2 MHz für eine SoC-Anwendung PC & Industrie 11/2018 57

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