Der Fachbeitrag „Enhancing Speed and Efficiency for High Transient Automotive Applications“ von Analog Devices beleuchtet die Auswirkungen auf das Design von Spannungsreglern, wenn die Schaltfrequenz die zwei Megahertz überschreitet und mit niedrigen Ausgangsspannungen wie etwa 0,8 V gearbeitet wird. Sie stellen dann eine Lösung mit gekoppelten Spulen (NCL) des Unternehmens vor.
Die Autoren Jon Wallace, Issac Siavashani und Alexandr Ikriannikov steigen in das Thema mit der Betrachtung zu einem mehrphasigen Abwärtswandler ein. Sie zeigen, dass die zögerliche Entladung der Induktivität bei im Vergleich zur Eingangsspannung (Vin; 5 V und mehr) niedrigen Ausgangsspannung (VO, bzw. VOut; unter 1 V ) Probleme bereitet, die sich in der Praxis nicht mehr durch die Erhöhung der Ausgangskapazität lösen lassen.
Stattdessen wird auf höhere Schaltfrequenzen (>2 MHz) gesetzt, um kleinere Induktivitäten zu ermöglichen und gleichzeitig die im Fahrzeug geforderte höhere Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMI) einhalten zu können.
Die Autoren leiten dann eine Formel für einen Gütefaktor (Figure of Merit, FOM) zur Bewertung unterschiedlicher Schaltungsdesign im Vergleich zur Schaltung mit diskreten Spulen ab.
Im zweiten Abschnitt des Textes vergleichen die Autoren mithilfe des hergeleiteten Gütefaktors bei konkreten Anwendungsspezifikationen die Schaltung mit den von Analog Devices entwickelten NCL-Baustein NCL0804-4 mit vier Phasen und 17 nH je Phase und einer theoretischen Lösung mit acht Phasen und 17 nH sowie diskreten Lösungen. Abschließend stellen die Autoren noch Messungen vor, die die vorher theoretisch abgeleiteten Vorteile der NCL-Variante bestätigen: Die NCL-Variante ist etwa 1,9-mal schneller bei Transienten, benötigt weniger Ausgangskondensatoren, reduziert AC-Verluste und erhöht die Effizienz. Die Variante mit diskreten Spulen (100 nH) bietet zwar ähnlich geringe Welligkeit, ist aber zu groß und deutlich langsamer.
Die Autoren kommen daher zum Schluss, dass die NCL-Technologie eine überlegene Lösung für kompakte, schnelle Spannungsversorgung in hochdynamischen Automobilanwendungen bietet. (jr)
