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Power Management

Stromversorgungsschaltungen selbst gemacht

| Autor: Kristin Rinortner

Bild 3: Layout-Vorschlag der Software SwitcherPro für den TPS54331
Bild 3: Layout-Vorschlag der Software SwitcherPro für den TPS54331 (Bild 3: Layout-Vorschlag der Software SwitcherPro für den TPS54331)

Eine Stromversorgungsschaltung zu entwickeln, das kann eine ziemlich aufwändige Aufgabe sein. Der Artikel beschreibt, wie Sie schnell Ihr eigenes Netzteil entwerfen können.

Eine Stromversorgungsschaltung zu entwickeln, das kann eine ziemlich aufwändige Aufgabe sein. Diese beginnt damit, die Komplexität der Schaltung zu verstehen und reicht bis zu Hilfestellungen seitens des Chip-Distributors. Der Artikel beschreibt, wie Sie mit den verfügbaren Hilfsmitteln schnell Ihr eigenes Netzteil entwerfen können – ohne Unterstützung durch den Hersteller.

Der Entwurf eines Netzteils ist durchaus anspruchsvoll, aber dank der mittlerweile verfügbaren Hard- und Software-Tools ist es heute einfacher als je zuvor. Sie können mittlerweile den Entwurf Ihrer Stromversorgungs-Schaltungen selbst in die Hand nehmen.

Lassen Sie uns mit dem Entwurf eines Abwärtswandlers oder im alten Sprachgebrauch Tiefsetzstellers beginnen. Ein erstklassiges Beispiel für eine solche Schaltung ist der TPS54331 für einen Ausgangsstrom von 3 A und eine Eingangsspannung von 28 V.

Der asynchrone Swift-Abwärtswandler mit Eco-mode verfügt über einen integrierten High-Side-MOSFET mit geringem RDS(on). Um den Wirkungsgrad bei niedriger Ausgangsleistung anzuheben, wird im Bedarfsfall automatisch der Eco-mode aktiviert, in dem Impulse übersprungen werden (Pulse Skipping). Die Hysterese der eingangsseitigen Unterspannungs-Sperre wird mit einem resistiven Spannungsteiler programmiert.

Der Hersteller dieses Bausteins bietet umfangreiche Unterstützung an. So enthält das Datenblatt zahlreiche Informationen über das Produkt – von den typischen Eigenschaften über eine Beschreibung des Bausteins bis hin zu Hinweisen für den Schaltungsentwurf [1]. Neben diesem detaillierten Datenblatt gibt es auch ein Evaluationsmodul [2].

 Bild 1: Layout des Evaluationsmoduls zum TPS54331 Bild 1: Layout des Evaluationsmoduls zum TPS54331

Dieses stellt eine Hardwareplattform (Bild 1) zum Durchmessen und Modifizieren der Schaltung zur Verfügung (Bild 2), wenn man sich dem finalen Schaltungsentwurf nähert.

 Bild 2: Schaltbild des Evaluationsmoduls zum TPS54331 Bild 2: Schaltbild des Evaluationsmoduls zum TPS54331

Bevor Sie sich jedoch endgültig für eine bestimmte Gleichspannungswandler-Schaltung entscheiden, sollten Sie ein Tool wie die Software SwitcherPro von Texas Instruments zu Rate ziehen. Wie Sie an diese Software kommen, erfahren Sie am besten bei Ihrem Distributor [3].

SwitcherPro Step by Step

Die als Online- und Desktopversion verfügbare Software ist für den Entwurf des Netzteils mit Bauelementen von Texas Instruments gedacht. Die Software gibt Ihnen die Gelegenheit, EVM-Referenzdesigns als Ausgangspunkt für Ihre eigenen Netzteil-Lösungen zu verwenden. Die Desktop-Version der Software räumt jetzt sogar noch mehr Flexibilität beim Erarbeiten von Stromversorgungs-Designs ein, da keine Internetverbindung mehr erforderlich ist. Sie können deshalb mit Ihrem ganz persönlichen Tempo an Ihrem Design arbeiten.

 Bild 3: Layout-Vorschlag der Software SwitcherPro für den TPS54331 Bild 3: Layout-Vorschlag der Software SwitcherPro für den TPS54331

SwitcherPro erstellt ein Schaltbild für den Netzteilentwurf und macht Layoutvorschläge. Nach dem Start der Software erkennen Sie auf der linken Seite des Fensters die Option ‚EVM Designs‘. Auch das im obigen Beispiel erwähnte EVM zum TPS54331 findet sich auf der hier erscheinenden Liste. Der Layout-Vorschlag für den DC-DC-Wandler TPS54331 ist in Bild 3 zu sehen. Beide Layouts, also sowohl das in Bild 1 als auch das in Bild 3, sind übrigens bereits getestet und erprobt.

SwitcherPro bietet Ihnen auch Gelegenheit, die Vorgaben an die Schaltung zu verändern oder auf einen anderen Baustein zu wechseln. Sie müssen hierzu nur das EVM-Design kopieren und die Option ‚Edit Circuit‘ wählen. In dieser Darstellung ist es möglich, die Maximal- und Minimal-Werte für den Eingang des Gleichspannungswandlers zu verändern und auch die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom zu modifizieren. Die Analysen ‚General‘, ‚Stress‘, ‚Efficiency‘ und ‚Loop‘ stehen zur Verfügung.

 Bild 4: Von SwitcherPro erstelltes Schaltbild für den TPS54331 Bild 4: Von SwitcherPro erstelltes Schaltbild für den TPS54331

Zum Abschluss des Designzyklusses können Sie zu Ihrem Evaluation Modul zurückkehren, die von SwitcherPro vorgeschlagenen Werte verändern und Ihre neue Schaltung verifizieren. Wenn Sie online arbeiten, können Sie Ihre Schaltung zudem recht einfach mit anderen Personen teilen.

Mir ist durchaus bewusst, dass die Aussagen in diesem Artikel das Risiko bergen, dass meine Dienste als Applikationsingenieur künftig weniger gefragt sind. Was zählt, ist jedoch, dass Sie künftig sagen können: „Ich kann mein Netzteil selbst entwerfen!“

Referenzen

  1. 3A 28V INPUT STEP DOWN SWIFT™ DC/DC CONVERTER WITH Eco-mode™ (Rev. C),  SLVS839C, Texas Instruments, March 2010.
  2. TPS54331EVM-232 3-A, SWIFT™ Regulator Evaluation Module,” SLVU247, Texas Instruments, July 2008.
  3. SwitcherProTM Switching Power Supply Design Tool

Von Bonnie Baker, Texas Instruments.

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