Programm DC/DC-Wandler-Tag 2023

Komponenten wie FPGAs, HF-Verstärker oder Taktgeneratoren benötigen eine saubere DC-Spannungsversorgung. Ist dies nicht gegeben wirkt sich dies auf die Qualität der Daten- oder HF-Signale aus. Es können Jitter, Störungen bis hin

zu Ausfällen entstehen. Der Vortrag erläutert die Zusammenhänge und die Messmethoden. 

EV-Ladegeräte sind eine moderne Erfolgsgeschichte – wir müssen von heute bis 2030sechs Tausend öffentliche Ladegeräte pro Woche installieren, um den erwarteten Bedarf zu decken, und Millionen weitere Ladestationen für zu Hause werden benötigt. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Entwicklungszeit und der Rollout sehr schnell sind – dennoch müssen EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment) zuverlässig, sicher und kostengünstig bleiben.

Diese Präsentation erklärt die DC/DC-Bausteine, die für die schnelle Entwicklung eines EV-Ladegeräts erforderlich sind, egal ob die EVSE langsam, schnell oder superschnell wird, und sogar auch bidirektional für die Zukunft.

Flexible Verfügbarkeit von Systemkomponenten bei Spannung und Strom dynamisieren das Geschäft

Neben dem Nennstrom, der Zeit-Strom-Charakteristik, etc. ist das Ausschaltvermögen einer Schmelzsicherung einer der wichtigsten Datenblattangaben. Das Ausschaltvermögen gibt den Kurzschlussstrom an, der bei gegebener Spannung und Spannungsart (AC; DC), sicher und ohne Gefährdung seiner Umgebung unterbrochen werden kann. 

Soweit so einfach……. auf den ersten Blick. 

Nicht angegeben sind die Bedingungen die erfüllt sein müssen damit ein sicheres Abschalten gewährleistet ist. Um zu beurteilen, ob der zu schützende Stromkreis den Bedingungen des im Datenblatt genannten Wertes entsprechen, ist es notwendig etwas mehr über das Ausschaltvermögen zu wissen:

• Was genau ist mit einem SV-Wert von z. B. 35A AC gemeint?
• Unter welchen Bedingungen wird die Angabe ermittelt?
• Kann man das Ausschaltvermögen prüfen?
• Womit ist zu rechnen wenn der spezifizierte Wert überschritten wird oder die Bedingungen nicht erfüllt sind?
• Mit welchen konstruktiven Maßnahmen wird das Schaltvermögen einer Gerätesicherung erreicht?
• Auf diese Fragen soll dieser Beitrag Antworten geben!

Im Zeitalter der fortschreitenden Digitalisierung und steigenden Abhängigkeit von Elektrizität, gewinnt die digitale Stromversorgungstechnik zunehmend an Bedeutung. Insbesondere sind die Leistungsanalyse und Lastüberwachung entscheidende Faktoren, um die Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheit unserer Stromversorgungssysteme zu gewährleisten. Die Digitalisierung im Bereich der DCDC-Wandler erfolgt häufig durch den Einsatz eines Mikrocontrollers, durch welchem die Betriebsdaten für die Regelung erfasst und verarbeitet werden. 

Eine vielversprechende Methode für die Realisierung digital konfigurierbarer Stromversorgungen ist das Core-Independent-Peripherals (CIP)-Konzept, bei welchem die Regelung und die erforderlichen Schutzfunktionen vorrangig über die integrierten Peripheriekomponenten des Mikrocontrollers realisiert werden, jedoch über die Software konfigurierbar sind. Dadurch wird der Hauptkern des Mikrocontrollers nur geringfügig belastet, wodurch seine Ressourcen für andere Aufgaben, wie Datenverarbeitung oder Datenanalyse genutzt werden können. 

Durch den Einsatz von Tiny-Machine-Learning-Algorithmen können die Betriebsdaten aus digital konfigurierbaren Stromversorgungen im begrenzten Umfang auf dem Mikrocontroller analysiert und wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Das ermöglicht eine verbesserte Diagnose und Überwachung der DCDC-Wandler und angeschlossener Verbraucher, was zu einer höheren Zuverlässigkeit und Effizienz führt.

In diesem Vortrag werden die Vorteile des Core-Independent-Peripherals-Konzepts bei der Realisierung von digital konfigurierbaren DCDC-Wandlern aufgezeigt und die Grundlagen und Möglichkeiten in Bezug auf Tiny-Machine Learning erläutert. 

Ob Großkonzern oder KMU: Die zunehmende Komplexität fordert die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter mehr denn je. Mehr Kunden und mehr Technik: Das führt zu steigender Arbeitsbelastung, und gerade in der Entwicklung fehlt dann der Systemüberblick. Für eine saubere Produktentwicklung bleibt kaum noch Zeit. Der schnelle Versuch, intuitiv eine brauchbare Lösung zu finden, verbessert die Lieferfähigkeit nicht. Ganz im Gegenteil. Komplette Projekte stehen auf der Kippe. Ist das wirklich nötig?

Die Eröffnungskeynote am 17. Oktober auf dem Kongress Power of Electronics wirft aus der Sicht von Paul, dem Entwickler, und Carla, der Managerin, einen Blick auf einen scheinbar ewigen Interessenkonflikt: Paul ist Elektronikentwickler und will nur seinen Job erledigen. Doch stattdessen klagt er über immer neue Aufgaben und verliert Zeit durch wechselnde Aufgaben. Seine Chefin Carla spürt den Druck von Kunden und Mitbewerbern und muss immer mehr Projekte gleichzeitig starten. 

Konflikte und Stress nehmen auf beiden Seiten zu. Die beiden werden getrieben, statt die Kontrolle zu behalten. Dabei möchten sie eigentlich das Gleiche: Ihre Arbeit erledigen und Qualität liefern.

Mit Verständnis für das Gesamtsystem lässt sich der Konflikt lösen und damit die Lieferfähigkeit verbessern. Die Grundlagen dafür sind geeignete Führung, Fokussierung auf den Kundennutzen (Value), Transparenz und geeignete Werkzeuge zur Visualisierung und Steuerung des Wertflusses (Flow). 

Die Keynote macht das Unsichtbare diskutierbar und gibt Lösungsimpulse. Denn Erfahrungen aus der Praxis zeigen: Paul und Carla können mit weniger Stress und kühlem Kopf mehr erreichen!

Der elektrische Schutz von Schaltungen kann auf viele unterschiedliche weisen stattfinden. Bei der Auswahl einer passenden Lösung ist zu beachten, dass es viele verschiedene Produktgattungen gibt, welche die notwendigen Eigenschaften bieten. 

Für die sichere Überwachung von Spannungen bietet sich eine neue Spannungsüberwachungslösung an, welche Funktionale Sicherheit bietet.

Neben weiteren Beispielen zum Schutz von Schaltungen wird die Anwendbarkeit von Simulationswerkzeugen, wie beispielsweise LTspice, zum Entwurf von Schutzschaltungen betrachtet.

Technologien für Predictive Maintenance (PM), also für die Vorhersage von Alterung und Ausfällen in Anlagen, sind mittlerweile vielerorts im Einsatz, um Standzeiten zu minimieren und die Qualität von Produkten zu sichern. Die Basis für PM bildet dabei häufig eine Datenerfassung mit vernetzten Sensoren und die Analyse der Daten in der Cloud oder der Edge. 

Im Bereich der Antriebstechnik kann die Fähigkeit, Alterung zu erkennen und drohende Defekte vorherzusehen genutzt werden, um eine mechanische Überdimensionierung der Motoren zu reduzieren. Dadurch können Material und Kosten eingespart werden. Eine Voraussetzung dafür ist die Berechnung der Vorhersage-Algorithmen in Echtzeit direkt am Motor. 

Im Vortrag soll gezeigt werden, wie moderne PWM-Controller wie der AIRISC-POWER genutzt werden können, um Motorstrom-Analysen mittels KI-Modellen direkt im Umrichter zu berechnen und so ein Monitoring und eine Reaktion in Echtzeit ermöglichen. Den Abschluss bildet ein Ausblick auf weitere Anwendungen für diese Art von "embedded AI" in der Leistungselektronik speziell für Antriebe.

Eine hohe Leistungsdichte kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Jeder Weg hat seine Vor- und Nachteile und auch eine Kombination verschiedener Wege ist möglich. Eine Änderung der Halbleitertechnologie hilft, die Schaltfrequenz zu verbessern, wodurch die Leistungsdichte erhöht werden kann. Es kann jedoch eine Herausforderung sein, den Wirkungsgrad aufrecht zu erhalten oder die EMI-Vorschriften einzuhalten. Die Kombination von Funktionen mit einem magnetischen Element, wie Onboard Charger und DC/DC-Wandler, würde sich positiv auf die Leistungsdichte und die Kosten auswirken. Und, eine gute Möglichkeit ist die Entkopplung der Leistung vom thermischen Pfad durch die Verwendung von Topside-Kühlung. Welche zusätzlichen Vorteile in verschiedenen Anwendungen möglich sind, ist Teil dieser Präsentation.

In batteriebetriebenen oder durch Batterien unterstützte Systeme (z.B. Power Backup) benötigen häufig Buck-Boost Wandler. Führten Buck-Boost Wandler in der Vergangenheit eher ein Schattendasein, gewinnen sie - getrieben durch den wachsenden Markt an Smart Home Sensoren aber auch verschiedenste Backupsysteme – an Bedeutung.

Dieser Vortrag zeigt Beispiele der Umsetzung für verschiedene Leistungsklassen. Neben den Besonderheiten der Regelung und Dimensionierung der Power-Komponenten, schauen wir auch auf konkrete Applikationsbeispiele.

Im Zeitalter von Industrie 4.0 und des IIoT sind Systeme mehr und mehr modular vernetzt. Auch die zu verabeitenden Signale kommen von einer Vielzahl von unterschiedlichsten Sensoren und Transmittern. Um eine störungsfreie Signalverarbeitung zu garantieren, wird auf die elektrische Isolation von Signalen und Daten gesetzt. Komplementär dazu ist auch eine isolierte Spannungsversorgung der einzelnen Module erforderlich um störende Erdschleifen sicher zu vermeiden. 

Der Vortrag gibt einen Überblick über vielfach eingesetzte isolierte Spannungswandler-Toplogien für den Leistungsbereich von Hunderten mW bis hin zu 5 bis 15W, und fokusiert im Besonderen auf Topologien, die sich mit herkömmlichen DC/DC Wandlern (Buck) bzw. mit speziell dafür entwickelten Primary-Side geregelten Flyback Wandlern realisieren lassen. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf den Verzicht von Optokopplern und den normalerweise sekundärseitig verwendeten Spannungsreferenzen und Fehlerverstärkern gelegt. Vor- und Nachteile der verschiedenen Topologien werden besprochen und Tipps zu ihrem Einsatz gegeben.