Isolierte Regler-ICs für Hilfsstromversorgungen in industriellen Hochleistungs-Anwendungen

Der Verzicht auf Optokoppler oder Hilfswicklungen trägt zur Miniaturisierung, Energieeinsparung und Zuverlässigkeit bei

ROHM's Isolated Power Supply Control ICs BD7F Series

Willich-Münchheide/Kyoto - 15.9.2016. ROHM hat jüngst die Verfügbarkeit von Regler-ICs für isolierte Sperrwandler zum Einsatz als Hilfsstromversorgung in industriellen Hochleistungs-Anwendungen wie etwa Fabrikautomations- und PV-Wechselrichtern sowie Energiespeichersystemen bekanntgegeben. Nach der Einführung des BD7F100 erweitert ROHM die Serie nun durch den neuen BD7F200 für Anwendungen mit einem Leistungsbedarf zwischen 1 und 10 W. Der Baustein wird mit zwei Gehäuseoptionen angeboten. Zusätzlich stellt ROHM ein BD7F100 Evaluation Kit für ein einfacheres und schnelles Design isolierter Sperrwandler-Applikationen vor.

Elektronische Geräte werden nahezu immer mit einer Isolation versehen, um Stromschläge und Schäden zu vermeiden. Vor diesem Hintergrund werden isolierte Gleichspannungswandler für viele Anwendungen benötigt – von Stromzählern über speicherprogrammierbare Steuerungen, industrielle Feldbusse und Automations-systeme bis hin zu Gatetreibern für IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors) und SiC-MOSFETs. Sie sorgen dabei für die galvanische Isolation, erhöhen die Sicherheit und verbessern die Störbeständigkeit der Systeme. Applikationen mit mehreren Ausgangsspannungs-Niveaus lassen sich mit ihnen ebenso bereitstellen wie bipolare (positive und negative) Ausgangsspannungen. Industrielle Anwendungen mit hohen Spannungen und Leistungen (darunter Energiespeichersysteme und die immer mehr an Verbreitung gewinnenden PV-Wechselrichter) bilden hier keine Ausnahme, sondern stellen wegen den noch widrigeren Temperaturbedingungen und der Forderung nach langem Dauerbetrieb noch höhere Anforderungen an die Zuverlässigkeit.

Konventionelle Lösungen für isolierte Sperrwandler verwenden im Rückkopplungspfad des Regelkreises Optokoppler und andere Bauelemente. Dies aber bringt Probleme hinsichtlich des Stromverbrauchs und der Zuverlässigkeit sowie in Bezug auf den Platzbedarf und die Lebensdauer mit sich. Dank ihrer ohne Optokoppler auskommenden Architektur bietet die Serie BD7F die Möglichkeit, die Konstruktion des Übertragers zu vereinfachen und die Kosten zu senken.

Die Zahl der externen Bauelemente halbiert sich beinahe, da weder ein Optokoppler noch ein Phasenkompensations-Netzwerk benötigt wird. Eine größere Energieersparnis sowie mehr Zuverlässigkeit und Miniaturisierung sind das Resultat. Darüber hinaus kommt eine neu entwickelte adaptive Einschaltzeit-Regelung zum Einsatz, die die Lastsprung-Reaktion gegenüber konventionellen isolierten Stromversorgungs-ICs verbessert. Die bei Lastsprüngen auftretenden Spannungs-schwankungen werden auf unter 200 mV begrenzt, was einen zusätzlichen Beitrag zur Zuverlässigkeit leistet. Auch verschiedene Schutzfunktionen sind in allen Mitgliedern der Produktfamilie integriert.

Um Schaltungsentwicklern zusätzliche Unterstützung bei der Evaluation des Bausteins und der eigentlichen Applikationsentwicklung zu bieten, bringt ROHM außerdem das neue Evaluation Kit BD7F100HFN-EVK-001 heraus. Es enthält den BD7F100HFN und bietet die Wahl unter sechs verschiedenen Eingangs- und Ausgangs-Konfigurationen.

Muster sowie das erwähnte Evaluation Board sind zum Kauf verfügbar. Das Board ist für 24 V Eingangsspannung und 5 V Ausgangsspannung ausgelegt, wobei Ausgangsströme zwischen 13,8 mA und 800 mA eine maximale Ausgangsleistung von 4 W ergeben.

Optocoupler-less design achieves greater reliability and compactness

Bild:
Höhere Zuverlässigkeit und größere Kompaktheit durch Wegfall des Optokopplers Stabile Isolation ohne Optokoppler mit nur einem Widerstand im Rückkopplungszweig.

Verfügbarkeit
Serie BD7F100 für Sperrwandler bis 5 W
Verfügbarkeit: sofort

Serie BD7F200 für Sperrwandler bis 10 W
Verfügbarkeit: sofort (Muster) bzw. Oktober 2016 (Produktionsstückzahlen)

BD7F100HFN-EVK-001 für 24 V Eingangsspannung und 5 V Ausgangsspannung (max. 800 mA)
Verfügbarkeit: Herbst 2016

Wichtige Eigenschaften

1.Hochzuverlässige Isolationseigenschaften
Die Regler-ICs der Serie BD7F für isolierte Stromversorgungen sind für Industrieausrüstungen konzipiert, die nach dauerhaftem Langzeitbetrieb unter extremen Bedingungen verlangen. Unter Verwendung modernster BiCDMOS-Leistungsprozesse und proprietärer analoger Schaltungstechnik gelingt ROHM die Detektierung der sekundärseitigen Spannung und Stromstärke von der Primärseite aus. Dies ermöglicht den Verzicht auf einen Optokoppler oder eine dritte Wicklung im Übertrager, die bei konventionellen Konfigurationen benötigt werden. Die Tatsache, dass sich die Zahl der externen Bauelemente hierdurch halbiert, trägt zur Verbesserung der Zuverlässigkeit, zur Energieersparnis und zur Miniaturisierung des finalen Produkts bei.

2.Verbesserte Lastregeleigenschaften durch adaptive Einschaltzeit-Regelung
Konventionelle Regler-ICs für isolierte Stromversorgungen verwenden eine simple Einschaltzeit-Regelung, um die von plötzlichen Änderungen des Laststroms verursachten Schwankungen der Ausgangs-spannung zu minimieren.
Die neue adaptive Einschaltzeit-Regelung von ROHM begrenzt diese Änderungen der Ausgangsspannung auf 200 mV, das sind 65 % weniger als bei konventionellen Lösungen (bei 1 A Laststrom und einer Anstiegszeit von 100 µs). Die dadurch erzielte Verbesserung der Lastsprung-Eigenschaften steigert die Zuverlässigkeit beträchtlich.

Adaptive ON Time Control

3. Einfache Performance-Verifikation durch optionales Evaluation Board
Zusätzlich zu den Regler-ICs wird das mit dem BD7F100HFN-LB bestückte Evaluation Board BD7F100HFN-EVK-001 angeboten, mit dem sich die Funktionsweise einer isolierten Stromversorgung mit 24 V Eingangsspannung, 5 V Ausgangsspannung und 800 mA Ausgangsstrom einfach evaluieren lässt. Die ROHM Semiconductor GmbH bereitet darüber hinaus für Oktober 2016 die Einführung CE-zertifizierter Evaluation Boards (BD7F100HFN-EVK-30x) in sechs Varianten vor.

Evaluation Board (BD7F100HFN-EVK-001)

Das Produktangebot im Überblick

Part No. Package Output
Power
Max.
Input
Voltage
Input
Voltage
Range
Overcurrent
Limit
Switching
Frequency
Operating Temp. Functions
BD7F100HFN-LB HSON8
(2.9 x 3.0 x 0.6mm)
1W (VIN=5V)
5W (VIN=24V)
45V 3.0 to 40V 1.25A 400kHz
(Typ.)
-40ºC to
+125ºC
Enable Soft Start
Efficient Light Load Mode
UVLO
Over Current Protection
Thermal Shutdown
BD7F100EFJ-LB HTSOP-J8
(4.9 x 6.0 x 1.0mm)
BD7F200HFN-LB HSON8
(2.9 x 3.0 x 0.6mm)
10W(VIN=24V) 8.0 to 40V 2.75A
BD7F200EFJ-LB

HTSOP-J8
(4.9 x 6.0 x 1.0mm)

ROHM kann dank seiner vollständig unter eigener Kontrolle stehenden Lieferkette die langfristige Verfügbarkeit dieser Bauelemente garantieren.