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Technik 40 Trend Guide Leistungshalbleiter 2022 www markttechnik de Mittlerer und unterer Leistungsbereich Bessere QR FF-Sperrwandler sind machbar LED-Treiber Ladegeräte und andere Anwendungen auf Basis von Sperrwandlern brauchen einen höheren Wirkungsgrad und eine größere Leistungsdichte um Energie zu sparen und den Platzbedarf sowie das Gewicht zu reduzieren Entscheidend ist dabei ist die Wahl des Schalttransistors Von Santina Leo Application Development Engineer Farhan Beg technisches Marketing und Antonino Gaito Senior Application Engineer im Bereich Leistungs-MOSFET alle bei STMicroelectronics Bei der Wahl des Schalttransistors geht es insbesondere um die neuesten Verbesserungen an der Geometrie und den Herstellungsprozessen dieser Bauteile Denn damit lässt sich das Produkt aus Drain-Source-Einschaltwiderstand R DS on und Chipfläche reduzieren was entscheidend dazu beiträgt die gestellten Anforderungen zu erfüllen Was ist kennzeichnend für Sperrwandler? Im unteren bis mittleren Leistungsbereich ist der Sperrwandler wegen seines einfachen Designs und seiner relativ niedrigen Systemkosten die meistverwendete Topologie Auch wenn er hinsichtlich des Wirkungsgrads nicht ganz mit anderen Topologien mithalten kann ist der Sperrwandler als Netzteil-Topologie sehr beliebt da der enthaltene Übertrager für die gewünschte galvanische Isolation sorgt Eine weitere attraktive Eigenschaft der Sperrwandler-Topologie ist die Tatsache dass sich mithilfe mehrerer Sekundärwicklungen auf ein und demselben Übertrager verschiedene Ausgangsspannungen erzeugen lassen Zu den Haupt-Anwendungsgebieten von Sperrwandlern gehören Ladegeräte Netzteile und LED-Treiber mit Leistungen von 10 bis 150 W Den prinzipiellen Aufbau eines Sperrwandlers zeigt Bild 1 Die zwei gängigen Betriebsarten von Sperrwandlern sind der Festfrequenz-FF und der Quasi-Resonanz-Betrieb QR Welcher dieser beiden Betriebsarten der Vorzug gegeben wird hängt von verschiedenen Faktoren ab einschließlich Leistung Wirkungsgrad gewünschte Abmessungen und Entwicklungszeit Wie der Name schon sagt arbeiten FF-Sperrwandler stets mit einer festgelegten Frequenz und zwar entweder im nichtlückenden Betrieb Continuous Conduction Mode CCM oder im lückenden Betrieb Discontinuous Conduction Mode DCM DCM-Sperrwandler mit konstanter Schaltfrequenz Im lückenden Betrieb arbeitende Sperrwandler kommen üblicherweise dann zum Einsatz wenn eine geringe Ausgangsleistung benötigt wird Der Hauptvorteil ist hier dass keine Rückwärtserholverluste Reverse Recovery im Ausgangsgleichrichter auftreten Andererseits haben DCM-Sperrwandler den Nachteil sehr hoher Welligkeitsströme weshalb große EMI-Filter erforderlich sein können Das Funktionsprinzip und die vereinfachten Spannungsund Stromverläufe gehen aus Bild 2 hervor Während der Einschaltphase des Flyback-MOSFET t on steigt der Strom in der Induktivität bis auf den Scheitelwert I LPK an um nach dem Abschalten des MOSFET wieder auf null zurückzugehen bevor der MOSFET erneut einschaltet Bild 1 Vereinfachtes Schaltbild eines Sperrwandlers Bilder STM icroelectronics