Gleichspannungswandler im Fahrzeug Eingangsstufe gegen Transienten schützen

Stabile Stromversorgung durch unterschiedliche Wandler- und Schutzschaltungen.
Stabile Stromversorgung durch unterschiedliche Wandler- und Schutzschaltungen.

Im 12-V-Bordnetz kommen unterschiedliche Transienten vor, die für Stromversorgungen eine Herausforderung sind. Verschiedene Wandler- und Schutzschaltungen können die Transienten abfangen und dafür sorgen, dass die Stromversorgung der angeschlossenen Verbraucher möglichst wenig unterbrochen wird

Eine Vielzahl von Faktoren ist dafür verantwortlich, dass es im Bordnetz von Automobilen zu Transienten kommt. In jedem Fall ist es die Aufgabe der Eingangsstufe einer Stromversorgung, empfindliche elektrische und elektronische Verbraucher vor diesen starken Schwankungen zu schützen und ihnen eine entsprechend aufbereitete Versorgungsspannung zur Verfügung zu stellen. Wegen der großen Zahl unterschiedlicher Fahrzeuge und der variierenden Betriebsbedingungen kann es für Entwickler allerdings schwierig sein, alle potenziellen Transienten, die auf der Versorgungsspannung eines Moduls vorkommen können, vorherzusagen. Aus diesem Grund müssen Prüfnormen herangezogen werden, um die Anforderungen an die Stromversorgung zu bestimmen.

Bilder: 4

Bilder 1-3 und Tabelle

Gleichspannungswandler im Automobil, Bilder 1-3 und Tabelel

Um diesem Aspekt gerecht zu werden, beschreiben viele OEMs und Organisationen die Immunitätsprüfungen und standardisierten Prüfbedingungen für Verbraucher, die am Bordnetz betrieben werden sollen. Einige dieser Tests sind in den Normen ISO 16750-2 und ISO 7637-2 zusammengefasst [1, 2]. Zum Schutz vor vielen dieser extremen Transienten wird der in Bild 1 gezeigte Transientenschutz verwendet. Untermengen dieser Belastungen werden häufig beim Entwurf der Stromversorgungsstufe mit berücksichtigt; sie sind in Bild 2 und in der Tabelle zusammengefasst.

Entwicklung der Leistungswandlerstufe

Die Gleichspannungswandlerstufe muss einerseits bei Lastabwürfen mit Spannungen bis zu ca. 42 V – beim Einsatz einer 12-V-Batterie – zurechtkommen und andererseits in der Lage sein, den angeschlossenen Verbraucher auch während eines Kaltstarts zu versorgen, wenn die Bordnetzspannung auf unter 4 V absinken kann (Bild 3). Der Gleichspannungswandler, der die Ausgangsspannung über diesen Bereich hinweg regeln muss, muss bei hoher Bordnetzspannung als Abwärtswandler arbeiten, bei niedriger Bordnetzspannung dagegen als Aufwärtswandler. Außerdem ist der Verpolungsschutz vom Entwickler so zu gestalten, dass etwaige Schäden beim versehentlichen Anschluss einer falsch gepolten Batterie verhindert oder zumindest begrenzt werden.