Eckdaten

DC/DC-Wandler wie der ISL8018 von Intersil bieten eine kostengünstige Lösung für störungsempfindliche Anwendungen – vor allem für solche, die Audioschaltkreise enthalten. Durch die Verwendung mehrerer POL-DC/DC-Wandler in einer Master/Slave-Konfiguration mit Phasenverschiebungs-Zeitversatz können Entwickler ihr Stromversorgungsdesign durch geringere Effektivstrom-, Welligkeits- und Eingangskondensator-Anforderungen optimieren.

In den meisten Anwendungen mit Abwärts-Leistungswandlern, bei denen mehrere Ausgangsspannungen erforderlich sind, die über einen einzelnen Eingang geregelt zur Verfügung stehen sollen, können Schaltregler einen hohen Eingangseffektivstrom und Rauschen am Lastpunkt (POL; Point of Load) zum Beispiel in FPGAs, DSPs und Mikroprozessoren einbringen. Um dies zu verhindern, setzen Entwickler umfangreiche Eingangsfilter ein, um leitungsgebundene elektromagnetische Störungen (EMI) und/oder abgestrahlte EMI zu reduzieren und die I2R-Systemverluste besser zu regeln.

Eine weitere technische Herausforderung, die in Systemen mit Audioverstärkern zu beachten ist, ist die Schwebungsfrequenz. Dabei handelt sich um den Frequenzunterschied zwischen den schaltenden DC/DC-Wandlern der Stromversorgung. Liegen die Schwebungsfrequenzen zwischen 100 Hz und 23 kHz, kann der Audioverstärker sie erkennen und die Systemleistung beeinträchtigen. Bild 1 zeigt, dass Wandler 1 als Master fungiert, der die eingestellte Frequenz für den Rest der Slave-Wandler bereitstellt.

Programmierung der Phasenverschiebung

Bild 1: DC/DC-Wandler ISL8018 in einer Master/Slave-Konfiguration.

Bild 1: DC/DC-Wandler ISL8018 in einer Master/Slave-Konfiguration. Intersil

Bild 2: Vergleich dreiphasiger DC/DC-Wandler, die in Phase und phasenverschoben betrieben werden.

Bild 2: Vergleich dreiphasiger DC/DC-Wandler, die in Phase und phasenverschoben betrieben werden. Intersil

Die Synchronisierung mehrerer DC/DC-Wandler ist einfach und unkompliziert, aber die Programmierung der Phasenverschiebung kann eine Herausforderung sein. Vergleichen wir DC/DC-Wandler, die in Phase und phasenverschoben konfiguriert sind (Bild 2). Beide Designs sind dreiphasig, um 24 A Ausgangsstrom bereitzustellen. Bei Bedarf lassen sich weitere Phasen für höhere Ströme hinzufügen. Jeder Wandler ist für 8 A Strom optimiert. Die Konfiguration links arbeitet in Phase; im Design rechts ist jede Phase um 120° verschoben. Die drei Wandler links weisen eine Spitzeneingangswelligkeit von 24 A (3 × 8 A) oder 12 Aeff bei 50 % Tastgrad auf. Die drei rechten Wandler, die phasenverschoben arbeiten, werden mit 8 A oder 4,3 Aeff bei 50 % Tastgrad betrieben.

Wie erwähnt, reduziert eine Phasenverschiebung die Anforderungen an die Eingangs- und Ausgangskondensatoren. Der effektive Eingangsstrom wird durch Gleichung 1 bestimmt:

Equation-1

Das Diagramm stellt die Kurve dar für ΔIIN_eff(n,D) gegenüber dem Tastgrad. Intersil

Bild 3: Das Diagramm stellt die Kurve dar für ΔIIN_eff(n,D) gegenüber dem Tastgrad. Intersil

Wobei n die Anzahl der Phasen ist; L die Ausgangsinduktivität; Fs die Schaltfrequenz und k (n, D) = Abrundung (n, D). Die Abrundungsfunktion liefert die größte ganze Zahl kleiner oder gleich dem Eingangswert.

Bild 3 zeigt die Kurve ΔIIN_eff (n,D) gegenüber dem Tastgrad.

Tabelle 1: Leistungsvergleich der Wandler.

Tabelle 1: Leistungsvergleich der Wandler.

Tabelle 1 führt den zusammengefassten Leistungsvergleich der drei Wandler auf, die in Phase beziehungsweise phasenverschoben betrieben werden.

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