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Energie-Effizienz bei der Entwicklung von Schaltnetzteilen und Batterie Management Lösungen
Josef Berger, Diodes Zetex
With increasing focus on energy efficiency of electronics products, the merits of resonant power converters are now attracting the attention of power supply designers who need to meet the efficiency standards by various government agencies around the world. Resonant converters can achieve Zero Voltage Switching (ZVS) for the primary switches thereby minimizing switching losses and boosting efficiency. Efficiency of 93% can be achieved with LLC resonant converters. Critically, the output rectifiers of resonant converters constitute a significant source of conduction loss, since even high performance Schottky will have a relatively high forward voltage when conducting large current. Although synchronous rectification is widely recognized as the mean of overcoming diode inefficiency, deriving the optimum secondary gate-drive signals would present a significant challenge in the LLC resonant converters. The topology doesn´t lend itself favorably to traditional synchronous MOSFET control techniques and solution could be complicated requiring many discrete components and an extended design time to get the system just right. Therefore, this paper solves the existing issues using drain voltage detection based MOSFET control and exploits the emergence of next generation IC with a high voltage amplifier and MOSFET driver. Strom Messung bei Batterie Management Anwendungen Josef Berger, Yong Ang Diodes Zetex GmbH Balanstr. 59 81541 München
Zusammenfassung Batterie Management ist ein Gebiet, das den Entwickler mit einer Vielzahl von Anforderungen konfrontiert. Folglich findet man auf dem Markt auch eine entsprechende Anzahl möglicher Bausteine (oft auch "gas gauges" genannt), beginnend bei Lösungen für höchste Anforderungen mit einer großen Anzahl von Features bis hin zur reinen Strommessung bei minimalsten Verlusten hinsichtlich der Leckströme. Bei den High End Schaltungskonzepten bestehen die wesentlichen Anforderungen an die ?Gas Gauge? in einer hochgenauen Messung der Ladung während des Lade- und Entlade Vorganges unter Berücksichtigung von Batterie-Temperatur und Batterie-Alterung sowie in der Regelung des Ladestromes gemäß dem verwendeten Batterie-Typ. Diese Bausteine verwenden für die Ladungsmessung Delta-Sigma ADCs und ein ebenfalls enthaltenes Embedded System mit verschiedenen Speicherblöcken und GPIOs, welche verschiedene Interface Protokolle unterstützen, geben dem Gesamtsystem die gewünschten Features und seine Flexibilität. Nicht in jedem Fall ist das geschilderte hohe Maß von technischen Anforderungen notwendig und vor allem aus kommerzieller Sicht zu rechtfertigen. In diesen Fällen bieten sich kostengünstige so genannte "Strom-Monitore" an, die mit vertretbarer Genauigkeit die Hauptaufgabe eine genügend genaue Strommessung - übernehmen können. Während Gas Gauge Produkte in Gehäusen von dreißig bis herunter zu zwölf Pins (DIL bis DFN) angeboten werden, gibt es Strom Monitore typischerweise in SOT23 Gehäusen mit einer Pinanzahl von lediglich drei bis fünf Pins, was wiederum einen erheblichen Gewinn an Leistungsdichte darstellt. Im Folgenden sollen verschiedene Lösungsvarianten von Strom-Monitoren vorgestellt werden, die sich für die Strommessung unter recht unterschiedlichen technischen Randbedingungen eignen. Super Barrier Rectifier Diodes Offer High-Performance and High Reliability in SMPS Yong Ang, Josef Berger and John Chiem Diodes Incorporated Zetex Technology Park, OL9 9LL Oldham, United Kingdom Abstract In comparison with existing technologies, Schottky diodes are attractive to in low voltage SMPS applications and are the dominant technology below 150V. This is due to the fact that Schottky diodes possess low forward drop and low reverse recovery charge ideal for high frequency application. However, Schottky diodes suffer from high levels off-state leakage current which increases exponentially with the applied reverse bias due to the image charge potential barrier lowering. Consequently, Schottky diodes rapidly lose their performance and reliability at elevated temperature. Super Barrier Rectifier (SBR) diodes overcome the previous issues identified with Schottky diodes by using a MOS structure. The presence of a MOS channel within its structure forms a low potential barrier for majority carriers, therefore SBR´s forward bias operation at low voltage are similar to Schottky diodes. However, the leakage current is lower than Schottky diode in reverse bias due to the overlap of P-N depletion layers and the absence of potential barrier reduction due to the image charge. The underlying concept of the technology is presented and supported by laboratory test results demonstrating the superior performance of SBR over Schottky diode.
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