Neue Schaltregler von TI mit Serienkondensator

24. Mai 2016, 10:11 Uhr
Größenvergleich eines 10-A-Schaltreglers mit 500 kHz vs. 2 MHz: Bild: TI
Größenvergleich eines 10-A-Schaltreglers mit 500 kHz vs. 2 MHz: Bild: TI
Texas Instruments hat eine neue Schaltregler-Topologie entwickelt, die dank Serienkondensator das mehrphasige Konzept erweitert und höhere Schaltfrequenzen zu lässt. Dies wiederum führt zu kleineren Bauteilen – vor allem der Spulen – weshalb sich bei einer Schaltfrequenz ein 10-A-Regler auf der unglaublich kleinen Fläche von 13x10 mm unterbringen lässt.

Bei Schaltreglern steigen die Verluste mit dem Verhältnis zwischen Ein- und Ausgangsspannung (Abwärtsregler), dem Strom und der Schaltfrequenz. Der Raumbedarf hingegen hängt vor allem vom Strom und umgekehrt von der Schaltfrequenz ab. Die Spannungsverhältnisse und der Strom hängen für gewöhnlich von der jeweiligen Anwendung ab und sind kaum frei wählbar. Bleibt nur die Frequenz. Bei mobilen Geräten spielen Baugröße und Wirkungsgrad (für lange Betriebsdauer) aber beide eine Rolle, weshalb hier Kompromisse eingegangen werden müssen. Fortschritte gibt es hier vor allem durch bessere Halbleiter und gelegentlich auch durch verbesserte Schaltungen.



Das abgebildete Konzept ist eine leicht veränderte Variante eines zweiphasigen Schaltreglers. Der Serienkondensator im oberen Zweig verbessert die HF-Eigenschaften, wodurch die Schaltfrequenz erhöht werden kann. Ein zweiter Vorteil ist die automatische Balancierung der Ströme durch die beiden Spulen, weshalb auch die Schaltung einfacher ausfallen kann. Laut einem Artikel von Pradeep S. Shenoy in der Zeitschrift IEEE Transactions on Power Electronics ist einer Wirkungsgradsteigerung von bis zu 12% möglich.
Mit dem Schaltregler-IC TPS54A20 von TI kann man mit dieser Schaltungsvariante einen schnellen und doch effektiven Schaltregler bauen, der bei 12 V am Eingang einen Strom von 10 A bei Spannungen um 1,5 V liefern kann und bei vervierfachter Schaltfrequenz nur 1/8 des Volumens benötigt. Das Konzept kommt auf eine Stromdichte von gut 50 A/cm³.
 
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