Hocheffiziente DC-DC-Leistungsmodule für Batteriesysteme

Die TDK Corporation brachte die TDK-Lambda-i9C-Serie auf den Markt, ein 1500-W-DC-DC-Leistungsmodul für industrielle Automatisierung, Robotik, Kommunikationstechnik und batteriebetriebene Geräte. Die Serie kombiniert einen breiten Eingangsspannungsbereich mit einer patentierten Pass-Through-Architektur, die Umwandlungsverluste in Anwendungen wie AGVs, AMRs, kommerziellen Drohnen, humanoiden Robotern und Testsystemen reduzieren soll.

Die erste Konfiguration der i9C-Serie unterstützt einen Eingangsspannungsbereich von 9 V bis 80 V und liefert geregelte Ausgangsspannungen von 9,6 V bis 60 V bei bis zu 30 A. Laut TDK ist eine zweite Variante mit 9 V bis 40 V Eingangsspannung und 5 V bis 36 V Ausgangsspannung bei bis zu 50 A geplant, um das verfügbare Betriebsfenster für unterschiedliche Leistungsarchitekturen zu erweitern.

Pass-Through-Architektur reduziert Umwandlungsverluste
Das zentrale technische Merkmal der i9C-Plattform ist die patentierte Programmable High-Efficiency Pass-Through (PHEPT)-Technologie von TDK-Lambda. Diese Technologie ermöglicht es Entwicklern, einen Spannungsbereich festzulegen, in dem der Wandler die aktive Schaltregelung umgeht und die Eingangsspannung direkt mit dem Ausgang verbindet.

Bei herkömmlichen DC-DC-Wandlern verursachen Schalt- und Regelstufen Leitungs- und Schaltverluste, die Wärme erzeugen und den Gesamtwirkungsgrad reduzieren. Durch die Umgehung der Umwandlung unter definierten Betriebsbedingungen kann die i9C-Serie laut Hersteller einen Wirkungsgrad von bis zu 99 % erreichen. Die geringere Verlustleistung reduziert die thermische Belastung der Komponenten und kann die Laufzeit batteriebetriebener Systeme verlängern.

Dieser Ansatz ist insbesondere für Anwendungen innerhalb der digitalen Lieferkette relevant, in denen autonome mobile Systeme häufig unter begrenzten thermischen und energetischen Bedingungen arbeiten. Die reduzierte Wärmeentwicklung kann außerdem den Kühlbedarf senken und die Langzeitzuverlässigkeit in geschlossenen oder luftstromarmen Installationen verbessern.

Breiter Eingangsspannungsbereich für industrielle Leistungsarchitekturen
Die i9C-Serie ist als nicht isolierter Buck-Boost-Wandler ausgelegt und kann sowohl bei Eingangs-spannungen oberhalb als auch unterhalb der gewünschten Ausgangsspannung betrieben werden. Diese Flexibilität ermöglicht den Einsatz eines einzelnen Moduls für unterschiedliche Batteriezustände und verteilte DC-Bus-Architekturen, wie sie häufig in der industriellen Automatisierung und mobilen Robotik verwendet werden.

TDK integrierte das Modul in ein Wide-Quarter-Brick-Gehäuse mit integrierter Bodenplatte, das Konvektions-, Kontakt- oder Zwangsluftkühlung unterstützt. Das thermische Design richtet sich an Industrieumgebungen mit hohen Umgebungstemperaturen und begrenztem Luftstrom.

Zu den integrierten Schutz- und Steuerfunktionen gehören Negative-Logic-On/Off-Steuerung, Remote Sense, Power-Good-Signalisierung, einstellbarer Überstromschutz sowie automatische Wiederherstellungsfunktionen. Darüber hinaus verfügt das Modul über einen konfigurierbaren Low-Power-Sleep-Modus, der die Leistungsaufnahme im Standby- oder Teillastbetrieb reduzieren soll.

Der einstellbare Überstromschutz ermöglicht es Entwicklern, Stromgrenzen an die jeweiligen Systemanforderungen anzupassen und dadurch den Bedarf an zusätzlicher externer Schutzbeschaltung zu verringern.

Anwendungen in Robotik und batteriebetriebenen Geräten
Die Wandler-Serie richtet sich an verschiedene Bereiche des industriellen Mobilitäts- und Datenökosystems, insbesondere an Systeme mit kompakten und hocheffizienten Leistungswandlern. Zu den typischen Anwendungen gehören fahrerlose Transportsysteme (AGVs), autonome mobile Roboter (AMRs), kommerzielle Drohnen, humanoide Robotersysteme, Kommunikationsanlagen und portable Testgeräte.

Batteriebetriebene Robotiksysteme profitieren von höheren Wirkungsgraden, da geringere Energieverluste direkte Auswirkungen auf Laufzeit und Wärmemanagement haben. In mobilen Plattformen kann die reduzierte Wärmeentwicklung die Gehäusekonstruktion vereinfachen und den Bedarf an aktiven Kühlsystemen verringern.

Die Module erfüllen die Sicherheitsanforderungen der Norm IEC/UL/CSA/EN 62368-1 und tragen CE- sowie UKCA-Kennzeichnungen für Niederspannungs-, EMV- und RoHS-Richtlinien.

Bearbeitet von der Industriejournalistin Sucithra Mani mit Unterstützung von KI.

www.tdk.com