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LCD-Hintergrundbeleuchtungen für Automotive-Applikationen: Spannungsspitzen im Bordnetz

Elektrische Verbraucher in Kraftfahrzeugen werden mithilfe eines Gleichspannungsnetzes versorgt, an das neben sämtlichen Elektronikmodulen auch die Fahrzeugbatterie und der vom Fahrmotor angetriebene Generator angeschlossen sind. Bei einer Nennspannung von 12 oder 24 V ist es normal, dass die tatsächliche Spannung im Bordnetz um ±30 Prozent schwankt. Elektronikmodule für den Einsatz im Auto müssen deshalb so ausgelegt sein, dass ihre Funktion von Spannungsänderungen dieser Größenordnung nicht beeinträchtigt wird.

Bild 1. Verlauf der Bordnetzspannung beim Auftreten einer transienten Störgröße.

Bild 1. Verlauf der Bordnetzspannung beim Auftreten einer transienten Störgröße.

Im Zusammenhang mit transienten Störimpulsen kann die Spannung im Bordnetz allerdings deutlich über dieses Niveau ansteigen. In der Norm ISO 7637-2 sind hierzu die Störimpulse 2a und 5a definiert. Außerdem sind einige Ursachen für derartige transiente Störgrößen beschrieben. Impuls 2a bezieht sich auf einen Störimpuls, der durch eine plötzliche Stromunterbrechung in einem aus dem Bordnetz gespeisten Elektronikmodul sowie durch die Induktivität des Kabelbaums verursacht wird. Impuls 5a bezieht sich auf eine Störgröße durch Lastabfall, die beim Abklemmen einer entladenen Batterie vom Bordnetz entsteht, während der Generator einen Ladestrom liefert und andere Verbraucher zum betreffenden Zeitpunkt an den Generatorstromkreis angeschlossen sind. Ein typisches Bordnetz-Spannungsprofil bei den soeben angeführten Störgrößen ist in Bild 1 dargestellt.

Wie man sieht, kann die Bordnetzspannung kurzzeitig auf das Fünf- bis Siebenfache der Nennspannung ansteigen. Auch wenn diese Spannungsspitzen nur von sehr kurzer Dauer sind (0,05 ms bei Impuls 2a bzw. wenige hundert Millisekunden bei Impuls 5a), können Elektronikmodule, die direkt aus dem Bordnetz gespeist werden, durch die hohen Spannungen beschädigt werden. Es ist deshalb üblich, die Höhe dieser Spannungsspitzen mit externen Bauelementen wie z.B. Überspannungs-Schutzbausteinen (Transient Voltage Suppressor; TVS) zu begrenzen. Auf welchen Wert die Spannung dabei geklemmt wird, ist vom Kunden abhängig. Die Entwickler von Elektronikmodulen sind jedoch stets bestrebt, ihre Applikationsschaltungen für einen großen Eingangsspannungsbereich auszulegen, damit ein und derselbe Entwurf den Anforderungen vieler Kunden bzw. Applikationen entspricht.