Schaltnetzteil in wenigen Minuten, mit dem Schaltregler L5973D

Möglicherweise hatten Sie bereits eine Anwendung, für die ein Schaltnetzteil geeignet gewesen wäre, sobald Sie sich jedoch das Datenblatt angeschaut haben, griffen Sie lieber zum klassisch-bewährten linearen Stabilisator. Mit dem Schaltkreis L5973D lässt sich innerhalb kurzer Zeit und kostengünstig eine zuverlässige und leistungsstarke Stromquelle entwerfen.
Dies ist ein 12.10.2011 veröffentlichter Archiv-Artikel. Manche Informationen sind unter Umständen nicht mehr aktuell und entsprechen nicht mehr dem neuesten Stand. Bitte kontaktieren Sie uns bei Interesse.

Schaltnetzteile setzen sich dank deren unstrittigem Vorteil durch – dem wesentlich höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu klassischen linearen Stabilisatoren. Im Gegensatz zu linearen Stabilisatoren haben Schaltnetzteile bei verschiedenen Verhältnissen der Eingangs-/ Ausgangsspannung einen mehr oder weniger gleichen Wirkungsgrad, welcher zumeist bei 80-95% liegt. Wenn also eine deutlich niedrigere Ausgangsspannung benötigt wird als Eingangsspannung (z. B. 5V von 24V), hat das Schaltnetzteil stets einen hohen Wirkungsgrad, im Gegensatz zu den katastrophalen 20 % beim linearen Stabilisator. Für zahlreiche Anwendungen ist die passendste Lösung das vorgefertigte DC/DC modul oder der Einsatz von Schaltnetzteilen welche die Stabilisatoren vom Typ 78xx direkt ersetzen. Für viele Anwendugen eignet sich jedoch eher die Lösung aus diskreten Bauelementen. Aus unserem Angebot der Schaltregler möchten wir Ihnen den perspektivischen Schaltkreis L5973D von ST Microelectronics vorstellen.

L5973D ist ein Abwärts-Schaltregler (step down) mit einem integrierten 2,5-A-Ausgangstransistor P-FET D-MOS, welcher auf der Frequenz 250kHz arbeitet, im Gehäuse HSOP-8. Die Eingangsspannung kann 4 - 36 V und die Ausgangsspannung 1,235 bis 35 V betragen. Zur Konstruktion der Stromquelle genügt ein Minimum an externen Bauelementen. Dank dem integrierten Ausgangstransistor ist es einfach, eine optimale Verteilung der Bauelemente und kurze Strombahnen auf der Leiterplatte zu erreichen, deshalb ist es viel einfacher, eine minimale Störung (EMI) zu erreichen im Vergleich zur Lösung mit einem externen Schalttransistor. L5973D enthält eine Wärmesicherung wie auch einen Überstromschutz, der den maximalen Strom in jedem Zyklus begrenzt. Die Kühlung wird durch ein Wärmeleitpad auf der unteren Seite der Schaltung gewährleistet. Ein großer Vorteil der Schaltung ist, dass sie auch mit geringem Ausgangsspannungsabfall (LDO) und einem Tastgrad (duty cycle) von 100 % arbeiten kann, d. h. wenn sich die Eingangs- der Ausgangsspannung nähert (z. B. der sich entladende Akkumulator), vermag L5973D auf den Ausgang praktisch dieselbe Spannung wie am Eingang zu übertragen. Dies ist insbesondere bei Batterieanwendungen vorteihhaft, wo die Funktionalität des Geräts auch in kritischen Bedingungen gewährleistet werden muss..

Zur Konstruktion einer funktionsfähigen Stromquelle ist es lediglich notwendig, einen angemessenen Wert der Induktivität, des Ausgangskondensators zu wählen und natürlich geeignete Widerstände im Rückkopplungsteiler anzuwenden, um die gewünschte Ausgangsspannung zu erreichen. Als eine Blinddiode reicht nahezu jede ausreichend dimensionierte Schottky-Diode. Für Induktivitäten genügen relativ kleine SMD-Bauformen mit einer Induktivität in Zehnern von uH, wobei deren Wahl nicht entscheidend ist. Als Ausgangskondensator kann man viele Elektrolyt- und Tantalkondesatoren verwenden, geeignet ist auch eine Parallelkombination einiger Elektrolytkondensatoren, wodurch man deren geringeren gesamten Ersatzserienwiderstand und zugleich eine niedrigere Ausgangswelligkeit erreicht. Keramikkondensatoren eignen sich sehr gut zur Anwendung am Eingang der Schaltung (bzw. parallel zu den Elektrolytkondensatoren), am Ausgang würde deren zu geringer Innenwiderstand jedoch eine Instabilität der Schaltung verursachen, in diesem Falle wäre es notwendig, einen komplexeren Ausgleichsstromkreis – beschrieben im Datenblatt - anzuwenden. Mit Keramikkondensatoren am Eingang und Tantalkondensatoren am Ausgang lässt sich mit der Schaltung L5973D ein leistungsstarkes Schaltnetzteil auf kleinster Fläche von einigen wenigen cm2konstruieren. L5973D hat eine interne Referenz von 3,3 V, welche wir nach Bedarf in einer eigenen Anwendung nutzen können, ferner verfügt er über den Eingang „inhibit“, zum Abschalten der Reglertätigkeit und zum Erreichen des Nullverbrauchs. Zudem verfügt L5973D über den Eingang „sync“, mithilfe dessen wir mehrere Schaltungen synchronisieren können bzw. den wir für eine teilweise Wobbelung der Arbeitsfrequenz nutzen und dadurch eine weitere Senkung von EMI mithilfe der Frequenzspreizung erreichen können. Zum Erreichen einer extrem niedrigen Welligkeit im Umfang von einigen mV ist es möglich, die Schaltung durch einen sekundären LC-Filter zu ergänzen.

Ebenso verfügbar ist die Version L5973AD mit einem etwas niedrigeren Schaltstrom – 2 A, jedoch einer Arbeitsfrequenz bis 500 kHz.

Detaillierte Informationen enthält das Datenblatt L5973D und L5973AD. Das Anwendungshandbuch AN1518 enthält weitere nützliche Tipps wie auch eine einfache Schaltung für einen Sanftanlauf der Stromquelle (soft start).

Ein großer Vorteil des Schaltung L5973D ist der vergleichsweise sehr günstige Preis. Bei Interesse kontaktieren Sie uns bitte auf der Adresse info@soselectronic.de.

Schaltnetzteil in wenigen Minuten, mit dem Schaltregler L5973D
Schaltnetzteil in wenigen Minuten, mit dem Schaltregler L5973D

Vorteile / Eigenschaften:

  • Schaltregler mit innerem 2,5-A-Schalttransistor
  • ein Minimum an notwendigen externen Bauteilen
  • einfache Anwendung
  • Versorgungsspannung 4 - 36V
  • Ausgangsspannung einstellbar von 1,235-35V
  • mögliche Arbeitsweise als LDO-Schaltregler, Tastgrad von 100%
  • Arbeitsfrequenz 250 kHz
  • arbeitet auch ohne Last
  • innere Strombegrenzung und eine Wärmesicherung
  • Inhibit-Eingang für einen Nullverbrauch
  • 3,3-V-Referenz (+-2%)
  • SMD-Gehäuse HSOP8 mit Kühlpad
  • Möglichkeit eines Sanftanlaufs (soft start)

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