(Bild: Gaia Converter)
Optimierung der MTBF durch Kompensation des Driftverhaltens bei der Verwendung von Optokopplern. Gaia Converter
Für die in Schaltnetzteilen (SMPS) erforderliche Isolation von Primär- und Sekundärkreis sind im Wesentlichen der Leistungstransformator sowie die Rückkopplungsschleife verantwortlich. Diese isolierte Rückmeldung ist notwendig, um die Ausgangsspannungsregelung bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen oder Lastverhältnissen zu gewährleisten.
Vergleich eines Optokopplers und einer magnetischen Rückkopplung beim Einsatz in einem Schaltnetzteil. Gaia Converter
Üblicherweise kommen aus Kosten- und Handlingsgründen Optokoppler in Schaltnetzteilen zum Einsatz. Da Optokoppler einen Gleichstrom mit guter Linearität und hoher Trennspannung übertragen können, scheinen sie die geeigneten Bauteile für die Spannungsrückführung zu sein. Jedoch zeigen sich die Nachteile eines Optokopplers erst bei längerem Gebrauch. Ihre Übertragungsfunktion, die als Stromübertragungsverstärkung beziehungsweise Stromübertragungsverhältnis (CTR) bezeichnet wird, driftet über die Zeit. Die Drift begründet sich in der Effizienz der Übertragungs-LED und sie steigt mit der Vorspannung und der Temperatur stark an. Je nach Einsatzbedingungen kann sich die Drift bei Dauerbetrieb im Jahr zwischen 5 und 50 Prozent verändern. Diese Veränderung verschiebt den Arbeitspunkt des Optokopplers und führt nach fünf bis zehn Jahren unter Umständen zum Komplettausfall des Schaltnetzteils. Daraus resultieren -Werte des Optokopplers bei 40 °C Umgebungstemperatur von zirka 30 th. Eine Verringerung des CTR-Bereichs und eine zusätzliche Kompensation des Drift-Verhaltens führen zu einer maginalen Steigerung der MTBF. Somit sind die Vorteile eines Optokopplers beim Einsatz in einer Stromversorgung hinfällig.
Dieser Schwachpunkt von isolierten SMPS lässt sich mit einer magnetischen Rückkopplung umgehen. Ein kleiner Signalwandler überträgt die Ausgangsspannungsinformation an den primärseitigen Regelkreis. Die magnetische Rückkopplung ermöglicht eine stabile Übertragung über lange Zeit. Das zu übertragende Wechselspannungssignal wird direkt aus der Ausgangsspannung generiert.
Stromversorgungslösungen von Gaia Converter beinhalten ausschließlich magnetische Rückkopplungen und erreichen damit sehr hohe Zuverlässigkeitswerte. Die noch relativ neue und kompakte 8-W-DC/DC-Wandler-Familie MGDD-08 mit Eingangsspannungsbereichen von 4,5 bis 45 VDC und 9 bis 80 VDC erreichen eine MTBF von 1.100.300 Stunden.
Christian Bernard
(ah)
