Broschüre
Auswahlhilfe für Flex-Leistungsmodule
Wir wissen, dass es manchmal Anwendungen gibt, bei denen ein einzelnes Leistungsmodul einfach nicht ausreicht, um die erforderliche Spannung oder Stromstärke zu liefern. Welche Möglichkeiten gibt es also?
Die Parallelschaltung von zwei oder mehr Wandlern kann Abhilfe schaffen, da sie den verfügbaren Laststrom und somit die Lastleistung erhöht. Allerdings ist Vorsicht geboten. Viele gehen beispielsweise davon aus, dass eine Parallelschaltung unproblematisch ist, solange zwei DC/DC-Wandler mit identischen Spezifikationen verwendet werden – in der Annahme, dass diese Strategie eine gleichmäßige Lastverteilung gewährleistet. Doch selbst die Parallelschaltung zweier identischer Leistungsmodule führt aufgrund von Bauteiltoleranzen zu einer ungleichen Lastverteilung. Das Modul mit der etwas höheren Ausgangsleistung liefert schließlich den gesamten Laststrom, während das andere nur einen Bruchteil beisteuert. Die Lebensdauer kann sich durch die Entstehung eines thermischen Hotspots deutlich verkürzen.
Um diese Situation zu umgehen, kann ein DC/DC-Wandler eingesetzt werden, der die Vorteile von Droop Load Sharing (DLS) oder Active Current Sharing (ACS) nutzt. Während DLS durch ein einfaches Design besticht, ist ACS für Systeme mit höherer Leistung vorteilhaft. Die gleichmäßige Lastverteilung mittels DLS oder ACS minimiert die von jedem Wandler benötigte dynamische Reaktion und führt somit zu geringeren Störungen am Ausgang.
Eine häufig gestellte Frage lautet: Warum nicht einfach ein größeres Leistungsmodul verwenden, anstatt zwei kleinere parallel zu schalten? Kurz gesagt: Größere Wandler sind unter Umständen weniger effizient als ihre kleineren Pendants und benötigen größere passive Bauteile, was Platz beansprucht. Darüber hinaus verteilt die Verwendung von zwei kleineren DC/DC-Leistungsmodulen die entstehende Wärme auf eine größere Leiterplattenfläche, was die Zuverlässigkeit erhöht.
Kluge Produktwahl
Bei der Produktauswahl ist die Möglichkeit zur Parallelschaltung geräteabhängig. Daher sollten Sie stets die technischen Spezifikationen konsultieren und/oder sich beim Lieferanten erkundigen. Es ist wichtig zu beachten, dass nicht alle modernen DC/DC-Wandler die Möglichkeit zur Parallelschaltung bieten, zumindest nicht ohne externe Stromverteilungsschaltung. Andere sind möglicherweise nur zur Redundanz, nicht aber zur Stromverteilung parallelisierbar.
Das inhärente Design unseres PKM4817LNH Ein DC/DC-Wandler ermöglicht beispielsweise eine sehr einfache Parallelschaltung. Dank DLS bietet der Wandler eine sanfte Ausgangsspannungs-Strom-Kennlinie. Dadurch passt sich die Ausgangsspannung jedes Wandlers mit steigendem Strom automatisch an, sodass sich alle Wandler den Gesamtausgangsstrom teilen. Das Ergebnis: Dieses Leistungsmodul erreicht die Stromverteilung ohne externe Bauteile oder Verbindungen.
Andere Leistungsmodule, wie beispielsweise unsere Serien PKB-C, PKB-D, PKJ, PKM-A, PKM-D, PKM-NH (mit Ausnahme des bereits erwähnten PKM4817LNH), PKU-C, PKU-D und PKU-S, benötigen bei Bedarf an einer Parallelschaltung einen externen Stromverteilungs-IC. Aufgrund der aktiven Gleichrichtung (für einen hohen Wirkungsgrad) muss an jedem Modulausgang – auch bei Parallelschaltung – eine ODER-Gatterschaltung (Diode oder MOSFET) zur Leistungssteigerung eingesetzt werden. Ohne dieses Bauteil wird der Gleichrichter des Moduls durch Rückstrom beschädigt. Referenzschaltungen für solche Schaltungen finden Sie auf unserer Website. Designhinweis 006.
Hinsichtlich des Layouts empfehlen wir, die Ausgänge möglichst nah an der Last zu verbinden. Vermeiden Sie außerdem, Dioden oder andere Stromsperrbauelemente zwischen die Eingänge parallelgeschalteter Produkte zu schalten. Ein niedriger Widerstand und eine geringe Induktivität zwischen den Eingängen sind ebenfalls ratsam.
Zu den Produkten, die ACS bieten, gehören die BMR4910202/853 und BMR4800112/032 Beispielsweise bei digitalen Zwischenbuswandlern. In diesem Fall verbindet eine Signalleitung die parallelgeschalteten Wandler und steuert deren internen Schaltvorgang aktiv in Abhängigkeit vom gemessenen Strompegel in jedem Wandler, wodurch eine extrem hohe Verteilungsgenauigkeit erreicht wird.
Geräte in Reihe schalten
Für Anwendungen, die höhere Spannungen anstelle höherer Ströme benötigen, können Netzteile auch in Reihe geschaltet werden. Beispielsweise können Entwickler die Ausgänge zweier 30-V-Wandler in Reihe schalten, um eine 60-V-Schiene zu erzeugen. Die Lastspannung entspricht der Summe der Ausgangsspannungen aller in Reihe geschalteten Netzteile. Der Laststrom ist jedoch auf das Netzteil mit der geringsten Laststrombelastbarkeit begrenzt. Es ist außerdem zu beachten, dass gegebenenfalls eine Schutzschaltung erforderlich ist, die ein Gerät deaktiviert, falls das andere aus irgendeinem Grund ausfällt. Diese Technik kann sehr nützlich sein, wenn ungewöhnliche Spannungsanforderungen bestehen oder keine Standardlösung mit einem einzigen Modul für einen bestimmten Bedarf verfügbar ist.
Für weitere Informationen zur Verwendung unserer Konverter in Ihrer Anwendung wenden Sie sich bitte an unser Team von erfahrenen Anwendungstechnikern, die Sie gerne mit ihrem Know-how und ihrer Erfahrung bei Ihren Projekten unterstützen: pm.support@flex.com
