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Bild 1: Schaltbild einer typischen Anwendung
Bild 2: Das Blockschaltbild des TEA1721-Controllers

Von Mobilgeräten bis zu Haushalts- und Industrieanwendungen benötigt die Elektronik leistungsfähige, günstige und effiziente Netzteile. Der Trend zu kompakten und schlanken Designs erfordert, die Anzahl der Bauelemente weiter zu reduzieren. Gestützt auf den Erfolg der Greenchip-Produktfamilie bei den Notebook-Netzteilen, sind die auf dem Sperrwandler-Prinzip (Flyback Converter) basierenden Schaltnetzteil-Controller der Serie TEA172x von NXP für Klein-Netzteile mit einer Leistung bis 11 W konzipiert. Die Bausteine ermöglichen die Implementierung kompakter und effizienter Netzteile und USB-Ladegeräte, die im Standby-Betrieb ohne Last wenig Leistung aufnehmen.

Energie sparen – aber intelligent!

Zu den größten Energieverschwendern unserer Zeit zählen Ladegeräte, deren Netzstecker nicht abgezogen werden – auch wenn kein zu ladendes Gerät angeschlossen ist. Um diesen Verbrauch einzudämmen, benötigt die TEA172x-Controller-Familie durch ihre besonderen Eigenschaften im Standby-Betrieb kein angeschlossenes Verbrauchsgerät. Geräte, die mit dem 5.0-Energy-Star ausgezeichnet sind, entsprechen strengen Richtlinien, die ihnen einen geringen Energieverbrauch bescheinigen. Die TEA172x-Bausteine unterbieten die geforderten 30 mW. Ein mit dem Baustein ausgestattetes 5-W-Netzteil kommt beim Betrieb am 230-V-Wechselspannungsnetz auf eine Standby-Leistungsaufnahme unter 10 mW. Die geringe Leistungsaufnahme ohne angeschlossene Last verdankt der Baustein seinen vier intelligenten Eigenschaften:

  • Die Hochspannungs-Aufstart-Stromquelle ist im regulären Betrieb deaktiviert. Eine externe Bleeder-Schaltung, die unnötig Strom verbrauchen würde, ist hier überflüssig.
  • Der IC wechselt in den energiesparenden Burst-Modus, sobald kein Verbraucher angeschlossen ist. Seine Stromaufnahme reduziert sich dadurch auf rund 100 µA.
  • Die Abtastung der Ausgangsspannung erfolgt primärseitig mit einer Hilfswicklung des Transformators, so dass man auf der Sekundärseite keine stromverbrauchenden Optokoppler und Shunt-Regler benötigt.

Im Betrieb ohne angeschlossenes Gerät senkt sich die Schaltfrequenz. Das minimiert die Schaltverluste und reduziert damit die Gesamt-Leistungsaufnahme.

Effizienz und Integration

Die TEA172x-ICs erreichen über den gesamten Ausgangsleistungsbereich einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von nahezu 80 Prozent. Ohne oder mit geringer Last arbeiten die Controller in einem programmierbaren Burst-Modus mit abgesenkter Schaltfrequenz, was ihre Stromaufnahme auf einen sehr niedrigen Wert absenkt. Vorteilhaft für das Design ist die Integration eines für hohe Spannungen geeigneten Mosfets, das den Betrieb an sämtlichen Stromnetzen der Welt ermöglicht. Das Einbinden dieses Bauelements in das Controller-IC verringert die erforderliche Leiterplattenfläche und vereinfacht das Design. Der Bedarf an externen Bausteinen und die insgesamt anfallenden Bauelementekosten verringern sich. Dank der EZ-HV-Prozesstechnologie (High Voltage Silicon-on-Insulator) von NXP ist das integrierte Schaltelement für Spannungen bis zu 700 V geeignet. SoI-Prozesse besitzen im Unterschied zu konventionellen Prozessen kein Bulk-Substrat. Sie haben deshalb niedrige Leckströme, schnelle Schutzschaltungen und sind unempfindlich gegenüber Latch-up-Effekten sowie geringen Signal-Interferenzen.

Ausgerichtet an Spezifikationen

Auf einen Blick

Ladegeräte, an die kein Gerät angeschlossen ist, verbrauchen immens viel Strom. Doch das kann durch eine Controller-Familie verhindert werden. Neben anderen Eigenschaften  wechselt sie in den energiesparenden Burst-Modus, sobald kein Gerät angeschlossen ist. Dabei senkt sich die Schaltfrequenz und die Leistungsaufnahme verringert sich.

Die Bausteine der Reihe TEA172x, mit oder ohne Kabel-Kompensation, entsprechen schon jetzt den Akkulade-Spezifikationen USB 1.1 und 1.2, die im Laufe dieses Jahres zwingend erfüllt werden müssen. Auch die Abstimmfrequenz der ICs lässt sich an unterschiedliche Anwendungen anpassen, während eine hohe Burst-Frequenz für ein sehr schnelles Ansprechverhalten sorgt. Die über der menschlichen Hörgrenze liegende minimale Schaltfrequenz sichert einen geräuschlosen Betrieb. Die Familie besteht aus zwei Versionen: dem TEA1721 für Applikationen bis zu 5 W und dem TEA1723 für Applikationen bis zu 11 W, deren Massenproduktion ab April 2012 erfolgt. Die Serie eignet sich für den Einsatz in Mobiltelefonen, Smartphones, intelligenten Beleuchtungslösungen und Set-Top-Boxen sowie Niederspannungs-Steuerfunktionen, beispielsweise für Heizungs‑, Lüftungs‑ und Klimaanlagen, industrielle Automatisierungssteuerungen und größere Elektro-Hausgeräte. Die Bauelemente besitzen kompakte Industriestandard-Gehäuse der Bauart SO7. Ein zusätzlicher Abstand zwischen den Anschlüssen Drain und Source sorgt für eine bessere Hochspannungsverträglichkeit.