Power Distribution
Wireless Power Transmission
Drahtlose Energieübertragung ermöglicht das Laden von Geräten, ohne dass Öffnungen oder Durchlässe im Gehäuse erforderlich sind. Die Desinfektion der Geräte, die Robustheit gegenüber rauen Umgebungen oder der Schutz vor explosionsgefährdeten Atmosphären lassen sich dadurch deutlich einfacher realisieren.
Aluminium-Elektrolytkondensatoren
Elektrolytkondensatoren sind die erste Wahl für die Ein- und Ausgangsbetriebskondensatoren in einem DC/DC-Wandler. Varianten wie Aluminium-Polymer- oder Hybridkondensatoren bieten zusätzliche Vorteile wie eine längere Lebensdauer oder einen niedrigeren ESR.
MLCCs - Multilayer-Keramik-Chipkondensatoren
MLCCs sind aufgrund ihres niedrigen ESR eine ausgezeichnete Wahl zur Filterung des Eingangs oder Ausgangs eines DC/DC-Wandlers. Durch ihre geringe Baugröße und hohe Kapazitätsdichte eignen sie sich zudem gut als Pufferkondensatoren in platzbeschränkten Anwendungen.
Power Module
Die Auslegung und Inbetriebnahme eines DC/DC-Wandlers kann zeitaufwendig sein. Powermodule enthalten viele der typischen Peripheriekomponenten eines DC/DC-Reglers, wodurch die Stückliste reduziert und der Entwicklungsprozess beschleunigt wird.
Induktivitäten
REDEXPERT hilft Ihnen, die optimale Leistungsdrossel für Ihr Schaltnetzteil (SMPS) zu finden und liefert nützliche Informationen zu Wirkungsgrad und Temperaturanstieg.
Energiespeicher (ELDC)
Superkondensatoren sind einfach zu verwendende Energiespeicher und stellen in vielerlei Hinsicht eine Brücke zwischen herkömmlichen Elektrolytkondensatoren und Batterien dar. Sie können mit jeder strombegrenzten Energiequelle geladen werden, speichern Energie über einen längeren Zeitraum und versorgen elektrische Anwendungen mit Energie.
Power Transformer
Leistungstransformatoren bieten galvanische Trennung und vor allem die Spannungsumwandlung von der Primär- zur Sekundärwicklung. Ihr Design beeinflusst die Effizienz, das EMV-Verhalten und die Leistungsdichte des DC/DC-Wandlers.
Topologien
Grundlagen über Power Distribution
Die meisten Mikroprozessoren und integrierten Schaltungen benötigen Eingangsspannungen von 5 V oder weniger, was oft nicht mit typischen Energiequellen wie AC/DC-Wandlern (z. B. 24 V), Batterien (deren Spannung je nach Ladezustand schwankt) oder Energy-Harvesting-Quellen (deutlich unter 1 V) übereinstimmt. DC/DC-Wandler können diese Unterschiede effizient überbrücken. Da Schaltnetzteile (SMPS) elektromagnetische Störungen (EMI) erzeugen, sind geeignete EMV-Maßnahmen erforderlich, um die Normen einzuhalten.
Mehr Wissen zum Thema Power Distribution
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![Das Diagramm zeigt die Impedanz in Abhängigkeit von der Frequenz für Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitätswerten]( "CM PN Resonanzfrequenz")
Das Frequenz-/Impedanz-Diagramm zeigt die Eigenresonanzfrequenzen der MLCC-Kondensatortypen mit 100 nF, 10 nF und 1 nF. Die Eigenresonanzfrequenzen steigen mit abnehmenden Kondensatorkapazitäten.
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![Das Bild zeigt, wie sich die Kapazität bei steigender DC-Bias-Spannung verändert]( "CM PN Kapazität / DC-Bias Spannung")
Die Kapazität eines Kondensators ist typischerweise auch von einer gleichzeitig angelegten Gleichspannung (DC Bias) abhängig und kann mit zunehmender Gleichspannung deutlich geringer ausfallen. Aus dem DC-Bias-/Kapazitätsdiagramm ist deutlich erkennbar, dass mit zunehmender Miniaturisierung des Bauteils der Nominalwert von 470 nF absinkt (rote Kurve).
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![Auf dem Bild kannst du die Platinenbiegung erkennen.]( "CM PN Platinenbiegung bis zu 5 mm")
Für Anwendungen mit hoher mechanischer Beanspruchung empfiehlt es sich, Soft-Termination-Kondensatoren einzusetzen. Diese verfügen über eine Terminierung mit Ag-Polymer/Ni/Si und minimieren das Risiko, dass Risse auftreten.
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![Der Graph beschreibt die Kapazitätsveränderung bei den unterschiedlichen Kondensatorenmodellen]( "CM PN Temperaturmerkmale")
Kondensatoren sollten ihre Kapazität möglichst über die Temperatur hinweg konstant halten. Dies erfüllen drei der eingesetzten Materialien NP0, X7R und X5R deutlich besser als Y5V, wie im Diagramm gut zu erkennen ist. NP0 weist über einen weiten Betriebstemperaturbereich praktisch keine Veränderungen in der Kapazität auf.
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Die Lebensdauer eines Kondensators hängt von der maximal erlaubten Betriebstemperatur, der Umgebungstemperatur, dem Rippelstrom und der angelegten Spannung ab. Die vereinfachten Formeln verzichten auf den Einfluss von Strom und Spannung. In RedExpert lässt sich die Lebensdauer detailliert für Ihre Anwendung berechnen.
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![Schaubild eines echten Simulationsmodells.]( "CM PN Echte Simulationsmodelle verfügbar")
Für die Simulation von Kondensatoren für Stromversorgungen stehen reale Modelle auf Basis der gezeigten Ersatzschaltung mit äquivalanter Serieninduktivität ESL und äquivalentem Serienwiderstand sowie parallelem Widerstand für Leckströme zur Verfügung.
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![Schaubild der Umsetzung in 7 Schritten]( "CM PN Einfache Umsetzung mit maximal 7 Entwicklungsschritten")
Die Power-Module aus der MagI3C-Serie gibt es als DC/DC-Wandler mit fester oder variabler Ausgangsspannung oder als LED-Treiber. Die DC/DC-Wandler mit integriertem Spannungsregler-IC, Leistungsinduktivität und manchmal Kondensatoren lassen sich mit maximal 7 Design-Stufen implementieren.
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![Das Bild zeigt die Online-Simulationsplattform RedExpert]( "CM PN REDEXPERT Simulation")
For the power modules from the MagI3C series, emissions and temperature behavior can be easily simulated using the online simulation platform RedExpert.
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![Schaubild wie Wireless Power Transfer funktioniert]( "CM PN Wie funktioniert Wireless Power Transfer")
Mit speziellen Sende- (Transmitter) und Empfangsspulen (Receiver) lässt sich drahtlos elektrische Energie übertragen (Wireless Power Transfer). Die Funktionsweise ist im Diagramm schematisch dargestellt.
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Sperrwandler- und Abwärtswandler-Topologien - Sperrwandler (Flyback): Die Energie wird im Magnetfeld des Transformators gespeichert, während das Schaltelement leitend ist. Abwärtswandler: Der Kern wird nicht zur Energiespeicherung verwendet. Primär- und Sekundärwicklungen leiten gleichzeitig.
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![Man sieht ein Konfigurationsbeispiel für den We-Flex]( "CM PN Konfigurationsbeispiel für den We-Flex")
Die WE-FLEX-Serie umfasst mehr als 375 Transformatorlösungen und etwa 125 Leistungsdrossellösungen, die sich mit unterschiedlichen Schaltungen realisieren lassen. Das Bild zeigt zwei Konfigurationen mit den Verhältnissen 1:1 und 1:2.
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![Auf dem Bil erkennt man eine Induktivität.]( "CM PN Stromdefinition")
Die Eigenerwärmung der Induktivität hängt vom Layout und der Umgebung ab. Breitere Leiterbahnen und eine größere Kupferdicke erhöhen den Fluss der von der Induktivität abgeleiteten Wärme. Dadurch kann die Induktivität mit höheren Strömen betrieben werden. Das Datenblatt erklärt die spezifischen Messbedingungen.
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![Das Bild zeigt den Einfluss von Kernmaterialien auf die Induktivität und den Ripple-Strom in DC/DC-Wandlern – im Vergleich zwischen harter und weicher Sättigung.]( "CM PN Harte vs. weiche Sättigung")
Harte vs. weiche Sättigung: Aufgrund des diskreten Luftspalts zeigen Induktivitäten mit Ferritkern eine harte Sättigung, während Eisenpulverinduktivitäten mit verteiltem Luftspalt eine weiche Sättigung aufweisen.
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![Das Bild zeigt den Beginn der Wicklung]( "CM PN Beginn der Wicklung")
Die meisten Leistungsinduktivitäten werden von innen nach außen gewickelt, beginnend mit dem Kern. Dieses Ende des Drahtes ist sowohl im Schaltplan als auch auf dem Gehäuse durch einen Punkt gekennzeichnet. Wenn der Anfang der Wicklung mit dem Schaltknoten eines Schaltnetzteils verbunden ist, werden die hohen dV/dt-Signale durch die äußeren Wicklungen abgeschirmt.
