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26 DESIGN&ELEKTRONIK 07 2020 Bild nuzza11 | AdobeStock alle anderen Bilder C Rindfleisch Leibniz Universität Hannover Stromversorgung Integrierter Resonanzwandler Effizienter Lückenfüller Zwischen Energy-Harvesting-Stromversorgungen und netzversorgten Wandlermodulen klafft eine Lücke im Leistungsspektrum Dabei ist dieser Bereich mit netzversorgten IoTund Smart-Home-Systemen sowie der Steuerelektronik in Elektroautos durchaus attraktiv Jetzt kommt eine Lösung Christoph Rindfleisch und Prof Dr -Ing Bernhard Wicht Institut für Mikroelektronische Systeme Leibniz Universität Hannover Hohe Spannungen von mehr als 200 Vauf unter 5 Vauf Chipebene zu wandeln wird immer attraktiver Zu den Anwendungen gehören dezentralisierte netzversorgte IoTund Smart-Home-Systeme sowie die Steuerelektronik in Elektroautos mit Zwischenkreisspannungen im Bereich von 400 V Während Energy Harvesting auf Leistungen unter 1 mW beschränkt ist stellen sowohl das Netz als auch Hochspannungsbatterien viel höhere Leistungen bereit die beispielsweise in Gebäuden leicht verfügbar sind Üblicherweise kommen für solche Anwendungen jedoch relativ teure und große Wandlermodule 1-5 zum Einsatz deren Wirkungsgrad unterhalb von 500 mW niedrig ist Diese eignen sich daher nicht gut um Mikrocontroller Sensoren usw zu versorgen Im Folgenden stellen wir einen Wandler-IC 6 vor der diese Leistungslücke zwischen Energy Harvesting und Wandlermodulen schließt Bild 1 und Eingangsspannungen zwischen 100 Vund 325 Vkompakt in niedrige Ausgangsspannungen von 3 3 Vbis 10 Vwandelt Dabei liegt der Gesamtwirkungsgrad um 80 Prozent Üblicherweise sind Wandlermodule als Sperrwandler mit externen Leistungsschaltern und einem großen Transformator mit bis zu mehreren Millihenry implementiert Schnell schaltende 3-Level-Abwärtswandler wie in 7 reduzieren die Größe der Induktivität aber der erforderliche Wert des fliegenden Kondensators ist groß und besonders bei höheren Spannungen schwer zu integrieren Außerdem ist ihr Wirkungsgrad bei geringer Last niedrig und ihre Regelung komplex ■ Aufbau und Arbeitsweise des Wandlers Um eine effiziente und kompakte Wandlung bei hohen Spannungen mit nur einer Wandlerstufe zu realisieren nutzen wir www designelektronik de