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Analog-Schaltung Passive Netzteil-Komponenten richtig auswählen

Autor / Redakteur: Kristin Rinortner / Redaktions Team

Das Design einer Stromversorgung hängt maßgeblich von den verwendeten passiven Komponenten wie Drosselspulen und Kondensatoren ab. Die Kenndaten einer Drossel sind Induktivität, Gleichstromwiderstand, IRMS-Wert, Sättigungsstrom und Resonanzfrequenz. Ebenfalls wichtig sind Leiterplattenfläche und Bauhöhe.

Netzteil (Bild: TDK-Lambda)
Netzteil (Bild: TDK-Lambda)
(Quelle: Redaktion Elektronikpraxis)

Grundsätzlich gilt die Regel, dass der Wirkungsgrad eines DC/DC-Wandlers mit abnehmendem effektivem Reihenwiderstand wächst. Meist liegt der Gleichstromwiderstand umso niedriger, je größer der Flächenbedarf ist, da der Gleichstromwiderstand proportional zum Querschnitt und zur Länge des Spulendrahts ist. IRMS bezeichnet den maximalen Gleichstrom, den die Drosselspule bei einem bestimmten Temperaturanstieg verkraftet (meist für 40 °C spezifiziert).

Im Normalfall tritt der Anstieg von der Umgebungstemperatur auf 40 °C nach 2 bis 5 min auf. Bei Erreichen des Sättigungsstroms hat sich die Induktivität infolge der Kernsättigung bereits um 10 % verringert. Diese Sättigung verläuft proportional zum Strom und zur Umgebungstemperatur.

Ein Keramikkondensator wird durch Kapazität, Nennspannung und Abmessungen charakterisiert. Der Kapazitätswert ist für eine Vorspannung von 0 V spezifiziert (es liegt nur ein AC-Signal an).

Beim Anlegen einer Bias-Spannung kann sich der Kapazitätswert um bis zu 70 % verringern, auch wenn diese Spannung nicht größer ist als die Nennspannung. Verschiedene 1-µF-Kondensatoren ein- und desselben Herstellers können – je nach angelegter Bias-Spannung – unterschiedliche Kapazitäten aufweisen. Meist ist ein Kondensator umso empfindlicher gegen Bias-Spannungen, je geringer seine Abmessungen sind.

Diese Erwägungen sollten beim Netzteil-Design beachtet werden. Zum Beispiel ist der CMOS-Linearregler LP5900 auf Stabilität mit Ein- und Ausgangs-Kondensatoren von 0,33 µF geprüft. Er ist somit in Verbindung mit einem 1-µF-Kondensator im 0402-Gehäuse mit einer Nennspannung von 6,3 V stabil. Der LP5900 im micro SMD-Gehäuse benötigt 1,16 mm² für 100 mA. In Verbindung mit zwei 1,0 mm x 0,5 mm großen Kondensatoren stellt er eine kompakte Lösung dar. Der LP3990 benötigt einen Ausgangskondensator von mindestens 0,7 µF, sodass hierfür 1,0-µF-Kondensatoren im 0603-Gehäuse mit 6,3 V Nennspannung empfohlen werden.

Der Autor: Oliver Wilms arbeitet bei Texas Instruments.

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