E&E Juli 2013 (Nr. 06-13) - EuE24.net

STROMVERSORGUNG & LEISTUNGSELEKTRONIK | 10 TIPPS
EMV – Schaltfrequenz nicht so entscheidend
wie die Schaltübergänge
Elektromagnetische Verträglichkeit ist bei
Schaltreglern immer ein Thema. Es entstehen
leitungsgebundene Störungen, elektrische und
magnetische Nahbereichs- sowie elektromagnetische
Fernbereichsstörungen. Obwohl man in diesen
Störungen im Frequenzspektrum auch die Schaltfrequenz wiederfinden
kann, sind die größten Störer die Frequenzen, welche
auf den Umschaltvorgängen im Schaltnetzteil basieren. Es
gibt bei Schaltreglern immer AC-Strompfade. Dies sind Leitungen,
die in einem Schaltzustand Strom führen und im anderen
Zustand keinen Strom führen. Die Umschaltung dieser
Zustände erfolgt sehr schnell und koppelt sich leicht in die gesamte
Elektronik. Die Umschaltzeiten sind je nach Schaltregler-IC
und Anwendungsfall in der Größenordnung von 20 ns,
was einer Störfrequenz von 50 MHz entspricht. Diese Frequenz
ist unabhängig von der Schaltfrequenz.
Das Platinenlayout ist eine der wichtigsten
Einflüsse auf die Stromversorgung
Die Führung der Leiterbahnen auf der Platine
ist bei Stromversorgungen extrem wichtig. Es
handelt sich bei der Schaltung um ein Hochfrequenzsystem,
das mit hohen Strömen gekoppelt
ist. Dadurch wird jede Leitungsinduktivität zu einem großen
Störer. Die Auswirkung einer willkürlichen Leiterbahnführung
reichen von einer nicht funktionierenden Stromversorgung bis
zu EMV- und Spannungswelligkeitsproblemen. Die wichtigste
Regel für ein optimiertes Platinenlayout ist das Reduzieren von
parasitären Induktivitäten im Pfad der AC-Ströme.
Spannungsmessungen an einer Stromversorgung
sind HF-Messungen
Bei der Evaluierung einer Stromversorgung
muss einem bewusst sein, dass man es mit
Hochfrequenzmessungen zu tun hat. Bei Spannungsmessungen
im HF-Bereich sollte man
nicht die Masseleitungen eines Spannungstastkopfes verwenden.
Hierbei koppeln sich Störungen über die Masseleitung ins
Oszilloskop zusammen mit dem Signal mit ein. Es sind kurze
Masseverbindungen zu verwenden, wie dies bei Hochfrequenzmessungen
üblich ist.
Neue Möglichkeiten zur galvanischen
Trennung des Rückkoppelpfades
Galvanisch getrennte Stromversorgungen im
niedrigen Leistungsbereich haben in aller Regel
einen primärseitigen Schaltregler-IC. Um
die Ausgangsspannung auf der Sekundärseite
zu regeln, muss die Regelgröße über die galvanische Trennung
geführt werden. Hierfür wurden bis heute fast ausschließlich
Optokoppler verwendet. Sie haben den Nachteil, dass sich ihre
Übertragungsfunktion mit der Alterung ändert und sie üblicherweise
nur bis 85 °C eingesetzt werden können. Neuerdings
gibt es isolierte Fehlerverstärker von Analog Devices, die nach
dem bewährten Icoupler-Prinzip arbeiten. Die Bauteile
ADuM3190 und ADuM4190 sind für eine Isolation bis 2,5 kV
sowie 5 kV konzipiert. Hier wird die galvanische Trennung mit
integrierten induktiven Kopplern überbrückt.
Die Genauigkeit der Strombegrenzung
hilft, Kosten und Platzbedarf
zu reduzieren
Bei der Auswahl eines Schaltregler-
ICs soll ein häufig unbeachteter Parameter
nicht unberücksichtigt bleiben:
Die Höhe und Genauigkeit der Strombegrenzung. Diese ist wichtig,
damit in einem Überstromfall am Ausgang keine Bauteile beschädigt
werden. Eine Strombegrenzung hat jedoch immer eine gewisse
Verzögerungszeit. Es ist deshalb sicherzustellen, dass auch bei
Strömen um die Schwelle der Strombegrenzung noch genügend
Induktivität in der Leistungsdrossel vorhanden ist. Das ist notwendig,
damit der Stromanstieg begrenzt ist und die Strombegrenzung
genügend Zeit zum Abschalten hat. Wenn nun der Schaltregler-IC
eine recht ungenaue Strombegrenzung mit ±30 Prozent spezifiziert
hat, muss eine Speicherinduktivität ausgewählt werden, die selbst
bei der nominalen Strombegrenzung +30 Prozent noch genügend
Induktivität hat. Dies erfordert eine für die Anwendung große und
teure Spule. Ein Beispiel für eine sehr genaue Strombegrenzung ist
Analog Devices ADP1850 mit einer Strombegrenzungsgenauigkeit
von ±6 Prozent. Entsprechend kleiner und kostengünstiger fällt die
Speicherdrossel aus. ☐
> MORE@CLICK EE613501
Frederik Dostal, Technical Marketing,
Analog Devices.
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E&E | Ausgabe 6.2013