Kompakter 3-kW-Buck-Boost-Wandler im Kompaktformat

Der Schaltregler RBBA 3000 von Recom kann 3 kW in einem Half-Brick-Gehäuse auf- und abwärts wandeln. Die Buck-Boost-Topologie hat einen Eingangsspannungsbereich von 9 V bis 60 V bei einem Strom von bis zu 50 A. Er ist für Kfz-Bordnetze eine Schlüssellösung, wenn beispielsweise neben dem 12-V-Netz noch ein zweites Bordnetz existiert. Er findet aber genauso Verwendung in batteriegespeisten Geräten oder Anlagen wie etwa in UPS (uninterruptable power supplies). So lässt sich mit dem Bauteil etwa ein Roboter bei Netzausfall aus einer 48-V-Batterie versorgen bis er den laufenden Arbeitsschritt beendet und eine sichere Position angefahren hat.

Mit den Abmessungen 63,2 × 60,6 × 13,0 mm³ hat der Wandler RBBA3000 ein Volumen von 50 cm³. Dass der Wandler in einem so kleinen Gehäuse überhaupt betrieben werden kann, setzt einen hohen Wirkungsgrad voraus. Er erreicht einen Wirkungsgrad von 96 Prozent, wobei die Wirkungsgradkurve über der Leistung sehr flach verläuft. Damit hat der Wandler auch bei kleiner Last einen hohen Wirkungsgrad. Trotzdem ist es notwendig, bei hoher Leistungsdichte Wärme abzuführen. Die Kühlung erfolgt mittels Wärmeleitung über die löt- oder schraubbare Grundplatte an der Unterseite des Half-Brick-Gehäuses. Der Wandler arbeitet bei Umgebungstemperatur bis 85 °C mit voller Leistung. Erst bei höheren Temperaturen setzt das Derating ein. Bei 25 °C und 80 Prozent Last konnte Recom die MTBF nach Telcordia SR332 auf Stunden berechnen.

Beim RBBA3000 können Entwickler die gewünschte Ausgangsspannung Ua mit einem Rtrim einstellen, der sich mit Formel 1 berechnen lässt. Umgekehrt ergibt sich die Ausgangsspannung aus einem bereits dimensioniertem Rtrim aus Formel 2.

Die Ausgangsspannung lässt sich aber auch mit einer Spannung einstellen, die an dem Trim-Pin angelegt wird. Sie berechnet sich wie in Formel 3 dargestellt.

Ändern Entwickler die Spannung Utrim, wird die Ausgangsspannung des RBBA3000 gemäß Bild 1 nachgeführt. So lässt sich etwa mit einem Mikrokontroller und einem DA-Wandler die Ausgangsspannung von 0 V bis 60 V steuern und regeln – bis zu einem Ausgangsstrom von 50 A. Die Kennlinien für beide Steuergrößen sind in Bild 1 dargestellt.

Strombegrenzung

Mit einem zweiten Widerstand können Entwickler den maximalen Ausgangsstrom zur Strombegrenzung einstellen. Er wird am Iset-Pin angeschlossen und wie in Formel 4 berechnet.

Der maximale Ausgangsstrom lässt sich ebenfalls mit einer Spannung UItrim vorgeben, die an den Iset-Pin angelegt wird. Sie berechnet sich mit Formel 5 und kann wie bei der Spannungseinstellung veränderlich sein.

Die Strommessung, die bei jeder leistungselektronischen Schaltung immer wieder zu Problemen führt, ist beim RBBA schon fertig eingebaut. Die am Ishare-Pin anstehende Spannung liefert ein Stromsignal wie in Bild 2 dargestellt.

Parallelschaltung

Wenn die Anwendung mehr als 50 A erfordert, können Entwickler zwei RBBA3000-50 parallelschalten. Dazu verbinden sie beide Ishare-Pins, was zu einer gleichmäßigen Stromverteilung auf die beiden Wandler führt. Dazu müssen beide Wandler über die gleichen Eigenschaften verfügen.

EMV

Die genaue Dimensionierung der Eingangs- und Ausgangsfilter hängt von der Anwendung ab und kann hier nur für den Worst Case angegeben werden. Um die Normen für die leitungsgebundenen und die abgestrahlten Störungen einzuhalten, empfiehlt Recom für den RBBA 3000 die Filterung in Bild 3. Dabei gilt:

• C1: 470μF/100V, Elko
• C2: 10μF/100V, Kerko
• C3: 10μF/100V, Kerko
• C4: 10μF/100V, Kerko
• Gegentaktdrossel L1: 10μH/56,7A, z.B.:
  • Würth Elektronik 7443763540100.
  • Gleichtaktdrossel LCM: 1,4mH/50A,
  • Schurter Inc. DKIH-3252-506J-NK.

Zur Veranschaulichung seien die Volumina von Wandler und EMV-Filter verglichen: Der RBBA3000 benötigt 50 cm³, die Gegentaktdrossel 52 cm³ und die Gleichtaktdrossel 87 cm³. Je nach Anwendung sind nicht alle Filterelemente notwendig.

(prm)