Neue isolierte DC/DC-Topologie maximiert Zuverlässigkeit und minimiert Kosten und Unterbrechungen der Lieferkette

Das Herzstück jedes isolierten DC/DC-Wandlers ist sein Transformator. Transformatoren arbeiten nur mit Wechselstrom, so dass alle DC/ DC-Wandler eigentlich DC-AC / AC-DC-Wandler sind (Abbildung 1).

Der einfachste DC/AC-Wandler ist ein freischwingender Oszillator, der eine Rechteckwelle an der Primärwicklung des Trenntransformators erzeugt. Der einfachste AC/DC-Wandler ist einfach eine Dioden- und Kondensatorschaltung, die den Sekundärausgang des Transformators zu einer DC-Ausgangsspannung gleichrichtet und glättet.

Diese Schaltung enthält neben dem Transformator nur 8 kostengünstige Komponenten: zwei Transistoren, zwei Widerstände, zwei Dioden und zwei Kondensatoren. Die Transistoren TR1 und TR2 werden durch die beiden Rückkopplungswicklungen T1af und T1bf gegenphasig im Wechsel ein- und ausgeschaltet, und der Ausgang der Sekundärwicklung wird durch die Dioden D1 und D2 gleichgerichtet, bevor er durch den Ausgangskondensator C2 geglättet wird. Eine vollständige Analyse der Royer-Topologie finden Sie im DC/DC Book of Knowledge.

Ein DC/DC-Wandler mit Royer-Topologie hat viele Vorteile: wenig Bauteile, kompakte Größe (bis <0.5cm³) und hohe Isolierung (bis zu 4kVDC/1s). Es ist außerdem sehr einfach, mit einem zusätzlichen Kondensator und Umkehren von D2 einen dualen „+/-“-Ausgang zu er zeugen, was ihn für die Stromversorgung von Dual-Rail-Operationsverstärkern, A/D-Wandlern oder bipolaren Sensorschaltungen ideal macht. Der wesentliche Nachteil ist, dass der Ausgang ungeregelt ist. Aber mit einer stabilen Versorgungsspannung und einem Lastbereich von 10-100% liegt die Ausgangsspannung in der Regel innerhalb von ±10%, was ein akzeptabler Wert für kostengünstige Designs ist.

Für Anwendungen, die eine Stromversorgung mit geringer Leistung, aber galvanischer Trennung benötigen, ist er die beliebteste DC/ DC-Wandlerlösung auf dem Markt.

Trotz des Erfolges von Royer-Wandlern verlangt der Markt immer weitere Kostensenkungen. Die wichtigsten Fixkosten sind die Kosten für den Bau der Transformatoren (Abbildung 3).

Sie werden in der Regel von Hand auf Ferrit-Ringkerne gewickelt, da sie aufgrund ihrer sehr geringen Größe (6mm Außendurchmesser und 3mm Innendurchmesser) für herkömmliche Transformatorwickelmaschinen zu klein sind.

Bei so wenig Bauteilen gibt es nur begrenzte Möglichkeiten, die Komponentenkosten weiter zu senken. Da ein Großteil der Montage manuell erfolgt (Wickeln der Transformatoren, Löten der Transformatordrähte an die Leiterplatte), könnten die Kosten weiter gesenkt werden, indem die Montage in Niedriglohnländer verlagert wird. Da RECOM jedoch ein verantwortungsbewusster Arbeitgeber ist und wir die Erfahrung und die Fertigkeiten unserer Mitarbeiter sehr schätzen, wollen wir auch angemessene Löhne zahlen.

Die Lösung besteht in einem Paradigmenwechsel und im Übergang zu einem anderen Topologie- und Transformatordesign, das für eine vollautomatische Fertigung besser geeignet ist.