Lösung für das wissenschaftliche Messgerät

Lösung für das wissenschaftliche Messgerät Vicor

Bei der Entwicklung eines wissenschaftlichen Messgeräts half die Power Component Design Methodology dabei eine optimierte Stromversorgung zu designen und ermöglichte es, schnell auf geänderte Anforderungen zu reagieren. Das Messgerät war ausgelegt für zwei Sensoren, mit denen DNA-Analysen ausgeführt werden können. Geplant war eine lüftergekühlte diskrete Stromversorgung, die Spannungen von 12, 2,5 und 3,3 V für die Sensoren sowie Spannungen von 2,5 und 3,3 V für die Steuerschaltungen liefert. Der gesamte Leistungsbedarf betrug etwa 200 W.

Ursprünglich war eine Lösung mit diskreten Bauteilen vorgesehen. Eine Umgestaltung auf Basis von Powerkomponenten führte zu einer Größenreduzierung von 161 auf 64 cm2, was eine Einsparung von 60 % bedeutet. Erreicht wurde dies durch den Einsatz von AIM-, PFM- und ZVS-Buck-Regler-Powermodulen, welche die verschiedenen Attribute der Stromversorgung wie Höhe der Spannungsumwandlung, Isolation sowie Regelung liefern. In diesem Beispiel erfolgt die Gleichrichtung der Netzspannung mit dem AIM, der PFM-Block liefert eine isolierte und geregelte 24-V-Spannung, die von den ZVS-Reglern auf die von den Lasten benötigten Spannungen herabgesetzt wird.

Mehr Leistung erforderlich

Während der Entwicklung stellte sich jedoch heraus, dass ein höherer Durchsatz an Proben nötig war, um das Gerät wettbewerbsfähig zu gestalten. Daher wurde die Anzahl der Sensoren von zwei auf vier erhöht. Dies hatte zur Folge, dass sich der Strombedarf bei allen drei Sensorspannungen verdoppelte und die Gesamtleistung von 200 auf 350 W anstieg. Trotzdem musste die Größe der Stromversorgung in etwa gleich bleiben.

Mit Power Component Design Methodology ließen sich diese späten Änderungen problemlos durchführen. Die neuen Anforderungen wurden in den PSD eingegeben und wie in Bild 3 gezeigt wählte das Werkzeug jeweils zwei zusätzliche ZVS-Buckregler für jeden Spannungspfad. Die drei Ausgänge auf der rechten Seite des Schaltbildes sind die Spannungen für die Sensoren. Jeder Regler für diese Spannungen besteht nun aus einer Kombination von Reglern. Die Abmessung der Stromversorgung erhöhte sich um lediglich 6 % auf 67 cm². Eine entsprechende diskrete Lösung würde 346 cm² in Anspruch nehmen und könnte damit im System nicht untergebracht werden.

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