Bild 1. Schema eines Stromversorgungs-Systems. Die Leistungswandlung erfolgt in mehreren Stufen.

Bild 1. Schema eines Stromversorgungs-Systems. Die Leistungswandlung erfolgt in mehreren Stufen. Texas Instruments

Die ersten Produkte zielen vorrangig auf netzbetriebene Anwendungen. Langfristig sollen auch batteriebetriebene Systeme profitieren. Wie in Bild 1 dargestellt, erfolgt die Leistungswandlung oft in mehreren Stufen, speziell wenn die anfängliche Eingangsspannung deutlich größer ist als die von den Bauteilen im System benötigten Spannungen. Die von der gestrichelten Linie umgrenzten Abschnitte links im Bild werden häufig aus dem System selbst ausgelagert – zum Beispiel in ein externes Netzteil. Die Abwärtswandler platziert man dagegen auf der Systemplatine. Jeder dieser Wandler erzeugt aus einer Zwischenspannung (in diesem Fall 12 V) eine niedrigere Spannung für die elektronischen Bauelemente des Systems. In einigen Anwendungen können die Funktionen in dem gestrichelten Kasten und die Wandler auf der Platine in weitere Abschnitte mit zusätzlichen Zwischenspannungen unterteilt sein.

Weniger Umwandlungsstufen führen zu einer geringeren Abmessung der gesamten Stromversorgung. Dieser Weg ist gangbar, wenn die verwendeten Wandler ein großes Verhältnis zwischen Eingangsspannung (VIN) und Ausgangsspannung (VOUT) bieten. Ein Verhältnis von 10:1 lässt beispielsweise die Umwandlung von 12 V am Eingang in eine Ausgangsspannung von nur 1,2 V zu, während die Ausgangsspannung bei einem Verhältnis von 5:1 nicht kleiner als 2,4 V sein kann. Wenn ein Bauelement auf der Leiterplatte 1,2 V benötigt, lässt sich mit einem 10:1-Wandler Platz sparen, da die Bereitstellung dieser Spannung dann mit nur einer Stufe erfolgen kann. Auch durch die Verwendung kleinerer Bauteile im Wandler lässt sich die Größe der Stromversorgung reduzieren.

Führt man sich vor Augen, dass Stromversorgungen in vielen Systemen etwa 30 bis 50 % des gesamten Platzes beanspruchen, lässt sich hierdurch enorm viel Platz einsparen. Allerdings war das Verkleinern von Abwärtswandlern keine einfache Sache. Eine weitere wichtige Herausforderung beim Design liegt darin, dass die Stromversorgung einen hohen Ausgangsstrom liefern muss, damit Bausteine mit hohem Strombedarf (zum Beispiel Mikrocontroller) oder mehrere Bauelemente mit weniger Stromaufnahme versorgt werden können.

Das neue Abwärtswandler-Design von TI bewältigt diese Herausforderungen mit einer hohen Betriebsfrequenz, einem großen Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung und einem hohen Ausgangsstrom. Ohne Abstriche an der Effizienz zu erfordern, sorgt die kapazitive Umwandlungs-Topologie von TI für eine drastische Größenreduzierung. Somit lassen sich Anwendungen entwickeln, die kleiner und leichter sind und auf weniger Platz mehr leistungsfähige Verarbeitungsfunktionen und Features implementieren. Da der neue Wandler auch den Bauteileaufwand verringert, sinken zudem die Systemkosten.

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