Neue Technologie bei Spannungsreglern

Üblicherweise erreicht uns über die Steckdosen eine einheitliche Versorgungsspannung, die dann mit Spannungsreglern in den Endgeräten angepasst wird. Die Technologie der so genannten „geschaltenen Spannungsregler“ kommt derzeit in fast jedem elektronischen Gerät zur Anwendung. Harald Gietler, Universitätsassistent am Institut für Intelligente Systemtechnologien, hat nun gemeinsam mit Kollegen eine neue Methode eingeführt, die diese wesentlich verbessert.

„Die geschaltenen Spannungsregler werden milliardenfach gebaut, und dabei wird stark auf günstige Kosten geachtet“, erklärt Harald Gietler das Grundproblem. Günstige Bauteile sorgen in der Regel häufig für eine große Streuung. Diese Streuung bewirkt, dass nach dem Einschalten des zu versorgenden Geräts ein kurzer Einbruch der Versorgungsspannung erfolgt, der möglichst schnell wieder korrigiert wird. „Das Gegensteuern gelingt schneller, umso genauer man die Bauteile kennt, die wirklich verbaut sind“, erläutert Gietler weiter. Der Spannungsregler, der ein Chip ist, kann also besser arbeiten, wenn er die externen Komponenten, die zusätzlich verbaut sind, gut kennt.

Bisher hat man also Chips für diesen Zweck produziert, die nachträglich konfigurierbar sind, und entsprechend den zusätzlichen Komponenten programmiert werden können. „Da das Hinzufügen der externen Komponenten meist ein Arbeitsschritt eines Kunden des Chip-Herstellers ist, muss sich dieser auch um das Konfigurieren des Chips kümmern“, so Harald Gietler. Er führt weiter aus: „Wir haben eine Methode eingeführt, die eine automatisierte Anpassung schafft, ohne dass man teure zusätzliche Funktionalitäten in den Chip einbauen muss. Die Endnutzerin schaltet das Gerät ein, welches sich selbst ausmisst. Nach einer Millisekunde weiß der Chip, was wirklich angesteckt ist und passt den Regler an die Gegebenheiten an.“ Dies spart einen Arbeitsschritt und somit Kosten.

Der Clou ist dabei: Alle geschaltenen Spannungsregler verwenden Transistoren. Diese Transistoren haben auch parasitäre (negative) Eigenschaften, die durch die Herstellung bedingt sind. Für das automatische Ausmessen der Komponenten nutzen Gietler und seine Kollegen einen solchen parasitären Effekt. Die Methode stellen sie aktuell in dem Journal „IEEE Transactions on Industrial Electronics“ vor (https://ieeexplore.ieee.org/document/8847633). Darüber hinaus wurde die Technologie mit Gietler als Haupt-Erfinder von einem industriellen Partner patentiert.