Variables Multiphasen-Konzept für automobile Anwendungen
Leistung ohne Ende
LED-Hauptscheinwerfer, Auto-HiFi, Navigation, Frontscheibenheizung, elektrische Lenkhilfe – immer mehr elektrische Verbraucher im Auto benötigen Betriebsspannungen oberhalb der Bordspannung mit immer höheren...
Variables Multiphasen-Konzept für automobile Anwendungen
LED-Hauptscheinwerfer, Auto-HiFi, Navigation, Frontscheibenheizung, elektrische Lenkhilfe – immer mehr elektrische Verbraucher im Auto benötigen Betriebsspannungen oberhalb der Bordspannung mit immer höheren Leistungen. Herkömmliche Aufwärts-Spannungswandler sind durch den erzielbaren Wirkungsgrad, durch ihre Abmessungen und ihre Masse begrenzt. Im Beitrag wird ein Steuerungskonzept für die Phasensynchronisation vorgestellt, das in Verbindung mit einer ausgefeilten Regelung den Aufbau von skalierbaren Step-up-Konvertern für Leistungen bis zu mehreren hundert Watt erlaubt.
Von Lutz Moschke und Erhard Müsch
Jobangebote+ passend zum Thema
Der Bauraum für elektronische Baugruppen im Auto wird knapper; das trifft auch für die Spannungsversorgung zu. Eine Alternative zu großen, schweren und teuren Speicherdrosseln und -kondensatoren ist die Verteilung der Last auf mehrere Phasen, von denen eine einzelne nur einen Bruchteil zur Gesamtleistung beiträgt. In der IT-Welt sind Mehrphasen-Abwärtswandler (Stepdown- bzw. Buck-Konverter) für die Multicore-Prozessoren und Speicher üblich, wogegen im Bereich der Boost-Konverter durch die komplizierteren Regelcharakteristiken und die hohen Anforderungen an die Phasensynchronisation das Mehrphasenprinzip sich noch nicht durchsetzen konnte.
Je nach Anwendungsfall werden unterschiedliche Topologien für DC/DC-Wandler eingesetzt (Bild 1):
- Step-down- oder Buck-Konverter. Vorteile: nur ein Schalttransistor, eine Freilaufdiode (alternativ zwei Transistoren) und eine Induktivität, kleine Stromwelligkeit am Ausgang, guter Wirkungsgrad. Nachteile: Die Ausgangsspannung kann nicht größer werden als die Eingangsspannung (Uout ≤ Uin), große Stromwelligkeit am Eingang.
- Step-up- oder Boost-Konverter. Vorteile: ein Schalttransistor, eine Freilaufdiode und eine Induktivität, guter Wirkungsgrad. Nachteile: Uout ≥ Uin, hohe Stromwelligkeit am Ausgang.
- Flyback-Konverter. Vorteile: Uout ≤ Uin und >Uin möglich, ein Schalttransistor und eine Freilaufdiode, Potentialtrennung. Nachteile: Transformator und Entlastungsnetzwerk erforderlich, hohe Stromwelligkeit an Ein- und Ausgang, geringerer Wirkungsgrad gegenüber Buckund Boost-Konverter.
- Leistung ohne Ende
- Leistung ohne Ende
- Leistung ohne Ende
- Leistung ohne Ende
- Leistung ohne Ende
- Leistung ohne Ende
