Gleichrichter für Sperrwandler mit mehreren Ausgängen

Fall 2 gibt die Spannungs-Extrema bei einem stark belasteten 3,3-V-Ausgang und einem nur leicht belasteten 5-V-Ausgang wieder. Der Fehler beläuft sich hier auf 13 %. In den Fällen 3 und 4 wurde die Schottky-Diode am 5-V-Ausgang durch eine Fast-Recovery-Diode ersetzt, wobei die Ergebnisse jedoch nicht gerade hervorragend sind. Im nominellen Fall ergibt sich zwar eine gewisse Verbesserung, doch unter ungünstigsten Umständen (Worst-Case) verschlechtert sich das Resultat um 20 %.

In den Fällen 7 und 8 wurde die Windungszahl angepasst, um eine bessere Kombination zu finden. So sind die Fälle 7 und 8 mit einem Anfangsfehler von etwa 5 % deutlich besser. Nachteilig an der Steigerung der Windungszahl ist, dass die Kupferverluste in der Sekundärwicklung wesentlich größer sind. Jede Windung halbiert den Flächenbedarf, und der Widerstand pro Windung verdoppelt sich.

Auch die Windungslänge wächst um den Faktor zwei, ebenso wie der Widerstand. Die Verbesserung des Anfangsfehlers muss mit viermal so hohen Verlusten in der Sekundärwicklung erkauft werden. Fall 9 macht deutlich, dass das beste Ergebnis mit MOSFETs erzielt wird, was auf den geringen Spannungsabfall dieser Bauelemente zurückzuführen ist. Bei den nominellen Spannungsabfällen liegt kein Anfangsfehler vor.

Als Resümee des eben Geschriebenen lässt sich festhalten: Die Spannungsabfälle an den Gleichrichtern können die Kreuzregelung von Sperrwandlern mit geringer Ausgangsspannung und mehreren Ausgängen entscheidend beeinträchtigen. Verschärft wird dieses Problem, wenn die Lastströme stark variieren und folglich auch die Spannungsabfälle an den Gleichrichtern großen Schwankungen unterliegen. Vorlasten können dazu beitragen, den Lastbereich zu verringern, jedoch muss man hierfür größere Verluste und einen schlechteren Wirkungsgrad hinnehmen. Die besten Regeleigenschaften erhält man mit Gleichrichtern, an denen nur geringe Spannungen abfallen.

Die besten Resultate stellen sich mit MOSFETs ein, die als Synchrongleichrichter genutzt werden, allerdings erhöht dies die Kosten, und auch Umfang und Komplexität der Schaltung nehmen zu. Auf dem nächsten Platz liegen die Schottky-Dioden, gefolgt von normalen Sperrschichtdioden. Ein iteratives Problem ist ferner die Festlegung der Windungszahlen für den Übertrager. Hier muss zwischen der Anfangsgenauigkeit und den Verlusten im Übertrager abgewogen werden.

Weitere Einzelheiten zu diesem Design finden Sie in unserem PowerLab-Posting. Dort können Sie sich auch einige der weiteren 1.400 Referenzdesigns ansehen, die wir für Sie gebaut, geprüft und dokumentiert haben. In den TI Power Lab Notes finden Sie Anmerkungen eines Designers zu seinen Netzteil-Designs.

Im nächsten Power-Tipp geht es um die Frage, weshalb man Stromversorgungen zueinander synchronisiert. Eine Übersicht über sämtliche bereits erschienenen Power Tipps gibt es hier.

* Robert Kollman ist Senior Application Manager und Distinguished Member of Technical Staff bei Texas Instruments

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