Es gibt zahlreiche Anwendungen, die eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) erfordern. Ein Beispiel hierfür sind RAID-Systeme für redundante Datenspeicherung, die geschützt werden müssen, um Datenverlust bei einem Stromausfall im ungünstigsten Moment, etwa während einer Datensicherung, zu verhindern. Auch Systeme mit Echtzeituhren benötigen eine kontinuierliche Stromversorgung, die von einer Batterie oder einer anderen Backup-Lösung bereitgestellt werden kann. Weitere Anwendungsgebiete sind die Telemetrie in der Automobilindustrie und Medikamentenverabreichungssysteme, wie beispielsweise Insulinpumpen im Gesundheitswesen.
Abbildung 1: Typische Anwendung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung.
Abbildung 1 zeigt eine typische industrielle Anwendung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV). In diesem Fall wird ein Industriesensor mit Strom versorgt. Die Zuverlässigkeit des Systems hängt primär von der Stromversorgung des Sensors ab. Ein integrierter Linearregler lädt einen Superkondensator, sobald die Systemspannung anliegt. Fällt die Systemspannung ab, wird die Energie des Energiespeichers mithilfe eines Aufwärtsreglers auf das erforderliche Versorgungsspannungsniveau angehoben. Dieses System funktioniert zwar zuverlässig, ist aber aufgrund der vielen benötigten Spannungswandler schwierig zu implementieren. Zudem ist es in vielen Anwendungen wichtig, dass keine Energie vom Energiespeicher zurück zur Stromversorgung fließt (Abbildung 1). Wie in Abbildung 1 dargestellt, sollte der Superkondensator ausschließlich die Sensorschaltung versorgen und keine anderen elektronischen Komponenten, die an die 24-V-Leitung angeschlossen sein könnten (links in Abbildung 1). Der Energiespeicher ist typischerweise für die Versorgung der lokalen Last ausgelegt, nicht für das gesamte an die 24-V-Versorgungsspannung angeschlossene System. Dies erfordert die Diode D in Abbildung 1.
Abbildung 2. Das Konzept der kontinuierlichen Notstromversorgung mit zahlreichen integrierten Systemfunktionen.
Abbildung 2 veranschaulicht ein neues Konzept, das vom Analog Devices MAX38889 unterstützt wird. Es handelt sich dabei um eine hochintegrierte Backup-Lösung namens Continua™ für Stromnetze bis 5 V. Ein einzelner IC mit wenigen externen passiven Bauteilen genügt. Der MAX38889 verfügt über eine integrierte Halbbrücke, die abwechselnd im hocheffizienten Abwärts- und Aufwärtswandlermodus arbeitet.
Abbildung 3 zeigt eine Implementierung einer kompakten Continua-Backup-Lösung mit einem ADI MAX38889.
Abbildung 3 zeigt eine vollständige, betriebsbereite Schaltung. Logik und Leistungsschalter sind integriert, sodass neben dem Superkondensator lediglich eine kleine externe Induktivität im Chipmaßstab und einige wenige Backup-Kondensatoren benötigt werden.
Der integrierte High-Side-Leistungsschalter (Hs) arbeitet mit der True Shutdown™-Technologie von ADI. Dadurch ist die Systemspannung von der Kondensatorspannung getrennt, sodass kein Strom vom Kondensator zum System fließt, wenn die Kondensatorspannung ansteigt.
Obwohl es viele Backup-Lösungen für verschiedene Spannungs- und Strombereiche auf dem Markt gibt, ist der MAX38889 Continuous eine einzigartige Backup-Lösung mit kompaktem Design, die sich mit minimalem Entwicklungs- und Implementierungsaufwand problemlos in eine 5-V- oder 3,3-V-Stromleitung integrieren lässt. Diese Lösung bietet zudem einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 94 % im Lade- und Entlademodus, um Größe und Kosten des Energiespeichers zu minimieren.
Über den Autor:
Frederik Dostal ist Energiemanagement-Experte mit über 20 Jahren Berufserfahrung. Nach seinem Studium der Mikroelektronik an der Universität Erlangen begann er 2001 seine Karriere bei National Semiconductor, wo er als Field Application Engineer umfassende Erfahrung in der Implementierung von Energiemanagementlösungen für Kundenprojekte sammelte. Während seiner Zeit bei National verbrachte er außerdem vier Jahre in Phoenix, Arizona (USA), wo er als Applikationsingenieur an Schaltnetzteilen arbeitete. 2009 wechselte er zu Analog Devices, wo er verschiedene Positionen im Produktmanagement und im europäischen technischen Support innehatte und heute als Energiemanagement-Experte sein breites Wissen in Design und Anwendung einbringt. Frederik arbeitet im ADI-Büro in München.
