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08.11.2005

Entwurf einer funktionierenden Spannungsversorgung – Teil 2

DC/DC-Wandler: Aller Anfang ist schwer

Der Entwurf von Spannungsversorgungen ist keine schwarze Magie, meist aber nur durch mühsame Arbeit erlernbar. Unser Beitrag hilft dabei einige Irrwege von vornherein zu vermieden. Der Teil 1 (in elektronik industrie 10-2005, S. 44) beschäftigte sich mit Entwurfsgleichungen, Berechnungen mit einem Tabellenprogramm sowie der Bauteileauswahl. Diese Teil gibt Hinweise zur Bauelementeanordnung,Masse-Layout, Signalführung und Spannungsregelung.

Fachartikel

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(John Guy, Maxim Integrated Products, Sunnyvale, Kalifornien/USA)

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Trends satt bot die PCIM Europe 2018. Passive Bauelemente, Module, Stromversorgungen, Sensoren, Messtechnik und allem voran: Elektromobilität.

SiC-Dioden und Transistoren sind Schlüsselkomponenten für aktuelle Leistungselektronikanwendungen, die auf hohe Leistungsdichte und Effizienz setzen. Die Cool-SiC-Hybridmodule von Infineon ermöglichen, SiC-Komponenten und Si-basierte Bauelemente wie IGBTs gemeinsam zu verbauen.

Die intelligenten Skiip-Powermodule von Semikron besitzen eine Lebensdauer von bis zu 20 Jahren. Das Skiip-2-Modul im Bild kommt etwa in U-Bahnen zum Einsatz und bringt es auf mehr als 10 Millionen km Laufleistung und mehr als 13 Millionen Stop-and-Go-Zyklen.

Das ist es, was Wide-Bandgap-Halbleiter in punkto Baugröße leisten: Durch das Anheben der Schaltfrequenz auf 1 MHz fällt dieser 65-W-AC-Adapter mit seinen 48 cm³ deutlich kleiner aus, als das Bauteil mit Silizium-Bauelementen – präsentiert am Stand von Panasonic.

Die symmetrische GCT-Thyristor-Einheit (Gate Commutated Turn-off) GCU15DB-130 von Mitsubishi Electric kommt beispielsweise in Invertern von Stromversorgungen, in DC-Choppern, Induktionsheizungen und DC/DC-Wandlern zum Einsatz.

Die gesamte Wertschöpfungskette seiner Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur SiC-Leistungselektronik stellte das Fraunhofer IISB am Stand vor: vom Rohmaterial, über den Einkristall bis hin zum Modul und schließlich zur fertigen Applikation, wie hier in einem Motorrad.

Dieses Steval-CTM002V1-Board ermöglicht die rasche Evaluierung der Acepack-Powermodule von ST Microelectronics mit einem AC-Motor. Das Board ist vollständig kompatibel zum MC-STM32-Ökosystem und verfügt über RS232 und CAN-Anschlüsse.

Zum Angebot des Leistungselektronik-Distributors Ineltron gehören unter anderem die Dreiphasen-Gleichrichter von Powersem. Die PSD-95-Serie ist für Rückwärts-Spitzensperrspannungen von 800 V bis 1800 V ausgelegt.

Ixys, jetzt Teil von Littelfuse, zeigte unter anderem kundenspezifische Systeme wie diesen wassergekühlten 3-MW-AC/DC-Wandler. Das Aluminiumnitrid-isolierte Kühlsystem erlaubt den Einsatz von Standard-Kühlmitteln und verzichtet auf teures deionisiertes Wasser.

Das modulare Umrichter-System Varis Pro von GvA und bietet hohe Leistungsdichte bei sehr kompakter Bauweise. Es verfügt über zwei individuelle B6-IGBT-Inverter mit 2 × 720 kVA nomineller Leistung, wobei jeder IGBT-Treiber über einen Temperatur-Sensor verfügt.

Rohm Semiconductor unterstützt das Venturi-Rennteam bei der Formel E mit seiner SiC-Technologie. Durch die Verwendung von Full-SiC-Modulen lassen sich beim Inverter im Elektrorennwagen bis zu 6 kg Gewicht und 60 Prozent Platz einsparen.

Äußerst willkommen war der abkühlende Zwischenstopp bei Rohm auf ein leckeres Vanille-Softeis.

Mit dabei am Stand von Alps waren die kernlosen Stromsensoren für Automotive-Anwendungen. Der Betriebstemperaturbereich der Sensoren reicht bis 150 °C. Sie kommen unter anderem im Batteriemanagement und im Inverter für die Motorkontrolle zum Einsatz.

Am EV-Simulator am Stand von Phoenix Contact konnten Besucher die Handhabung der präsentierten Ladestecker ausprobieren. Wie schon im Vorjahr war auch auf der PCIM 2018 das Thema Elektromobilität allgegenwärtig.

Wevo Chemie bietet unter anderem Verguss-Lösungen für Automotive-Anwendungen, einem Feld, in dem elektronische Bauteile vor Hitze, Schmutz, Chemikalien und Vibrationen zu schützen sind. Ein Beispiel dafür war der Onboard-Charger am Stand des Unternehmens.

Ladestationen mit „SiC inside“, waren am Stand von Vincotech vertreten. Der Hersteller von Power-Modulen ist seit 2018 Mitglied der Charin-Initiative, die die Entwicklung des CCS-Standards für das Laden von Elektrofahrzeugen unterstützt.

Lidar nutzt gepulste Laser zur schnellen Erzeugung dreidimensionaler Abbildungen der Umgebung. EPC zeigte die Vorteile seiner automotive-qualifizierten E-GaN-FETs, die zehnmal schneller als Power-MOSFETs schalten sollen und damit für höhere Auflösungen und kürzere Reaktionszeiten bei Lidar-Systemen sorgen.

Stefan Bergstein von Emtron stellte am Stand unter anderem die Stromversorgungen der NMP-Serie von Meanwell vor. Die Geräte sind für den Einsatz in der Medizintechnik zertifiziert und kommen unter anderem in MRI-, CT- und PET-Scannern zum Einsatz.

DC-Quellen mit integrierter Last von 2 kW bis 5 kW, spannungsgesteuert für den 2-Quadranten-Betrieb, waren unter anderem am Stand von ET Systems dabei. Alle präsentierten Systeme sind Industrie-4.0-kompatibel.

Recom Power präsentierte auf der PCIM 2018 sein Portfolio für Stromversorgungen: von den kompakten AC/DC-Wandlern (obere Reihe), über die Open-Frame-Stromversorgungen mit 35 bis 150 W (Mitte) bis hin zu den für die Bahntechnik ausgelegten DIN Rail mounted Power Supplies (untere Reihe).

Geschäftsführer und COO von Susumu Deutschland, Atsushi Omoto, stellte auf der Messe die Dünnschichtwiderstände des Unternehmens vor. Die Widerstände der RG-Serie bieten besonders hohe Präzision, Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität und sind unter anderem für den Einsatz im Automotive-Sektor zertifiziert.

Präzisions-Leistungswiderstände der Serie Isa-Weld stellte Isabellenhütte auf der PCIM 2018 vor. Die Bauelemente aus massivem, elektronenstrahlverschweißtem Verbundmaterial lassen sich stanz- und biegetechnisch an nahezu beliebige Formen oder Applikationen anpassen.

Block stellte auf der Messe die eigens konstruierte Wickeltechnologie 4D-Power-Coil für induktive Wickelgüter vor. Die Technologie optimiert die Kühlwirkung durch maximale Leiteroberfläche, erzeugt Kühlkanäle über den Wickelaufbau und minimiert Proximity-Verluste bei hohen Taktfrequenzen.

Das österreichische Unternehmen Trafomodern bietet neben Standardprodukten auch kundenspezifische Trafos, Drosseln und Netzgeräte. Ausgestellt war auf der PCIM 2018 unter anderem diese als Glättungsdrossel dienende Luftdrossel für einen IGBT-Gleichrichter (750 VDC) für Bahnanwendungen.

Wima ist Spezialist für Folienkondensatoren und zeigte auf der Messe unter anderem seine DC-Link-Kondensatoren. Die Bauelemente kommen vor allem in Zwischenkreisanwendungen, etwa in der Umrichtertechnik, zum Einsatz.

Die SiC-Varistoren für den Schutz von Transformatoren und Relais, belastbar bis 74 W pro Scheibe, arbeiten bei Temperaturen bis +200 °C. HVR bietet eine große Variation unterschiedlicher Montage-Arrangements, wobei Dimensionen und elektrische Werte der Varistoren den Kundenanforderungen angepasst werden können.

„Low ESR meets High Ripple“ war das Schlagwort für die Alu-Elkos der VGLR-Serie von Hitachi. Die Kondensatoren sind RoHS-konform und bieten 8000 Stunden Lebensdauer bei 105 °C.

Eines der Highlights am Stand von LEM war der Fluxgate-Stromsensor IN 1000-S für die berührungslose und galvanisch getrennte Messung von DC, AC und gepulsten Nennströmen bis 1000 A. Der Sensor arbeitet in einem Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis +85 °C.

Das Wärmemanagement war ein viel diskutiertes Thema auf der PCIM 2018. Ein Lösungsbeispiel ist der thermisch leitende Zweikomponentenklebstoff Keratherm-Bond 100 RT von Kerafol, der für eine effektive thermische Verbindung zwischen elektronischem Bauteil und Kühlkörper sorgt.

dSpace zeigte am Stand eine elektronische Last für HIL-Simulationen bis 800 V. Sie ermöglicht DC/AC-Quelle-Senke-Emulationen für Batterie- und Photovoltaik-Anwendungen, ist modular und flexibel erweiterbar und dient als Ersatz für mechanische Testbänke.

Multilayer-Stromschienen waren am Stand von Austerlitz Electronic auf der PCIM 2018 mit dabei. Klassische Einsatzgebiete der Bus Bars sind überall dort zu finden, wo auf kleinstem Raum die sichere Übertragung großer Leistungen sichergestellt werden soll.

Promet war unter anderem mit Stromschienen aus Kupfer, Aluminium und Cuponal auf der Messe vertreten. Das Schweizer Unternehmen mit Produktionsstandort in Deutschland verfügt über einen vollautomatischen Maschinenpark für die Serienfertigung, bietet jedoch auch Engineering-Services und Sonderfertigungen an.

Testlösungen für Elektrofahrzeuge und den Bereich Elektromobilität allgemein waren am Stand von Caltest vertreten. Zum Lieferumfang gehören unter anderem AC/DC-Quellen und Leistungsmessgeräte zur Qualifizierung, Validierung und Endprüfung elektronischer Komponenten.

Teledyne Lecroy zeigte unter anderem seine Motor-Drive-Analyzer, die Oszilloskop und Leistungsmessung in einem Gerät vereinen. Die Messgeräte erlauben sowohl statische als auch dynamische Leistungsanalyse und verfügen über ein intuitives graphisches Nutzer-Interface.

Auch dieses Jahr waren die Messgeräte von Yokogawa auf der PCIM wieder sichtlich gut gelaunt. Mit dabei am Stand waren unter anderem die 8-Kanal-Mixed-Signal-Oszilloskope der DLM4000-Serie mit Abtastraten bis 1,25 GS/s.

2019 findet die PCIM Europe in Nürnberg vom 7. bis 9. Mai statt.

Themen:

DC/DC-Wandler-ICs