Entwurf von Abwärtswandlern mit isolierten Ausgängen

Mann der auf eine Leiterplatte mit Bauteilen schaut

Praktisch in jedem elektronischen System sind Niederspannungen erforderlich, um Geräte wie Mikrocontroller, Sensoren, ADCs, DACs, digitale Isolatoren, Transceiver usw. zu versorgen. Dazu müssen gängige Busspannungen wie 48 V, 24 V oder 12 V auf die typischen Vorspannungspegel von 5 V, 3,3 V, 1,8 V oder 1,2 V herabgesetzt werden, die die meisten analogen und digitalen Schaltungen für ihren Betrieb benötigen. In einigen Anwendungen kann auch eine galvanische Trennung zwischen den Geräten erforderlich sein, entweder zum Schutz des Nutzers und zur Einhaltung einschlägiger Sicherheitsnormen in Hochspannungsanlagen und/oder zur Vermeidung der schädlichen Auswirkungen von Masseschleifen und Gleichtaktströmen in störungsempfindlichen Systemen wie Kommunikations- oder Datenerfassungssystemen.

Die Abwärtswandlertopologie, bei der kompakte Abmessungen und niedrige Kosten im Vordergrund stehen, ermöglicht es, zusätzlich zu dem nicht isolierten Ausgang mehrere isolierte Ausgangsspannungsschienen mit geringer Leistung zu realisieren. Dies wird durch einfaches Hinzufügen von magnetisch gekoppelten Wicklungen zur Leistungsinduktivität (d. h. durch Verwendung einer Koppelinduktivität oder eines Transformators) und die Verwendung einer Spitzengleichrichterschaltung (Diode und Kondensator) an jedem Ausgang erreicht. Auf diese Weise würde jede isolierte Ausgangsspannung indirekt der gut geregelten Ausgangsspannung des Abwärtswandlers folgen, die durch das entsprechende Windungsverhältnis wie gewünscht skaliert wird. Dies bedeutet, dass nicht nur eine Abwärts-, sondern auch eine Aufwärtsspannungswandlung möglich ist. Da die isolierte/sekundäre Ausgangsspannung nur indirekt geregelt wird, ist es sehr wichtig, die Auswirkungen der verschiedenen Parameter auf ihre Regelung zu verstehen.

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