Für die Experimente mit der zentralen DC-Versorgung brauche ich Spannungswandler von 19V auf 5V, 9V, 12V, ..., und das mit einem Wirkungsgrad, der besser als 90% sein soll, damit das Ganze überhaupt was bringt.
Im Bild zu sehen: zwei ziemlich identisch aufgebaute Schaltregler, einer liefert 5V, der andere 12V. An dem einen Schaltregler ist noch ein kleiner Übertrager (links im Bild) angeflanscht, der mir zwei isolierte 9V-Ausgänge liefert. Das habe ich da mit drangebaut, weil ich es für die Anwendung so brauchte, hat aber nichts mit der eigentlichen Aufgabenstellung zu tun.
Ich brauchte also einen (nicht isolierten) Spannungswandler, der mir die 19V aus dem Laptopnetzteil in 5V und 12V mit einem Wirkungsgrad konvertiert, der insgesamt besser als ein übliches Steckernetzteil für diese Spannungen ist.
Nach ein wenig Recherche und ein paar Vorabmessungen mit einfachen Schaltreglern, die "hier so rumliegen" kam nur ein Design mit Synchrongleichrichtern in Frage. Verwendet habe ich hier den LTC3775 von Linear Technology, dies ist nur ein Controller, der externe MOSFETs braucht. Im Datenblatt des Bausteins finden sich schon genug Schaltungsvorschläge, einen davon habe ich leicht abgewandelt auch aufgebaut.
Hier die Schaltung (für 12V)
und das Layout
Aus dem Stand heraus (mit einer anderen Drossel, kleineren Gate-Widerständen und ohne D2) erreicht die Schaltung einen Wirkungsgrad von ungefähr 94% bei 12V und 2A Last. Bei 5V und 2A reicht es dann noch für ungefähr 91%.
Ein paar Optimierungen habe ich dann noch vorgenommen:
In der Summe bringen die Optimierungen ungefähr 1% Verbesserung beim Wirkungsgrad, wobei der größte Anteil in der grösseren Drossel liegt. Die Wirkung der Schottky-Diode D2 ist bei genauem Hinsehen auf dem Oszilloskop sichtbar, aber kaum im Wirkungsgrad messbar. Die Gate-Widerstände beseitigen sehr wirksam das heftige "Klingeln" an der linken Seite der Drossel, das dort bei der steigenden Flanke auftritt, im Wirkungsgrad ist keine Auswirkung messbar.
Als ausgesprochen "Prototypen-Feindlich" habe ich das Gehäuse des LTC3775 empfunden, es erfordert doch einige Übung und eine gute Ausrüstung, den von Hand so einzulöten, daß der Aufbau hinterher auch funktioniert. Ansonsten ist das ein Baustein, der hält, was das Datenblatt verspricht, und das ohne großen Aufwand.
Ach ja, der Wirkungsgrad hält auch, was er verspricht: Die 12-Variante kann man mit 5A Ausgangsstrom (60W) betreiben, und der Aufbau wird kaum warm. Auch bei kleineren Ausgangsleistungen bringt die Schaltung noch gute Ergebnisse. Die Leerlaufstromaufnahme liegt bei ca. 17mA.