Startseite > Automotive > Die Zukunft des Kfz-Bordnetzes

Systemarchitektur

Die Zukunft des Kfz-Bordnetzes

6. September 2010, 16:21 Uhr | Von Dr.-Ing. Alfons Graf und Dr. rer. nat. Thomas Blasius

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Halbleiter-Relais

Intelligente Leistungsschalter werden üblicherweise auf Leiterplatten in Steuergeräten verbaut und von einem Mikrocontroller angesteuert und überwacht. Typische Beispiele für solche Aufbauten sind in großer Anzahl in der Lichtsteuerung zu finden, aber auch in klassischen Hochstromdomänen wie elektrische Zuheizer oder Glühkerzensteuerungen. Aufgrund des höheren Funktionsumfangs und der niedrigeren Kosten geben Entwickler hier dem intelligenten Leistungsschalter schon seit Jahren den Vorzug gegenüber elektromechanischen Schaltern.

Manchmal ist es aber auch zielführend, den Halbleiter-Leistungsschalter direkt an den Einbauort des üblichen elektromechanischen Relais zu setzen. Ein Grund hierfür ist beispielsweise die optionale Bestückung bei Varianten, ein anderer Grund wäre der Wunsch nach einem unveränderten Kabelbaum. Unter diesen Voraussetzungen ist es naheliegend, den Leistungsschalter in die steckbare Gehäuseform eines mechanischen Relais zu bringen und mit diesem eins zu eins auszutauschen.

Gründe für den Wunsch zum Austausch eines mechanischen Relais gibt es viele: An erster Stelle ist die begrenzte Schalthäufigkeit von Relais zu nennen, die speziell bei Start-Stopp-Anwendungen an ihre Grenzen stößt. Des Weiteren sind extreme Ein- und Ausschaltbelastungen zu nennen, wie sie speziell bei der Ansteuerung von großen Elektropumpen auftreten. Ein weiterer, immer wichtigerer Grund betrifft die Energieeffizienz. Genau hier bieten intelligente Schalter Vorteile dank ihrer vernachlässigbaren Ansteuerleistung und ihres im Vergleich zu Relais deutlich kleineren und vor allem alterungsstabilen Durchlasswiderstands von 1 mΩ und weniger. Als letzter Grund sei noch der Wunsch nach einem durchgeschalteten Schalter bei geparktem Fahrzeug zu nennen, der in diesem eingeschalteten Zustand nur einen Eigenverbrauch von wenigen Mikroampere aufweisen darf, eine Funktion welche die Connect FET-Familie im „Idle-Modus“ bereitstellt.

Bild 2 vermittelt einen Eindruck über solch steckbare Halbleiter-Relais. Zu sehen ist auch ein exotischer Leistungswiderstand an der Gehäuseoberseite. Dieser war notwendig, um für eine schnelle Funktionsprüfung in einer bestehenden Applikationen der „Open-Load-Überwachung“ des Relaistreibers einen Spulenstrom „vorzutäuschen“, da diese nicht deaktiviert werden konnte. Anderseits demonstriert dieser Widerstand eindrucksvoll die Verschwendung von Energie in den Relaisspulen.

Jobangebote+ passend zum Thema

Regional Key Account (m/w/d) für Elektronische Bauteile

KOA Europe GmbH, Dägeling

Alle Jobangebote im Elektroniknet Karrierebereich anzeigen

Für die Energieeffizienz sind natürlich die Verluste sowohl in der Relaisspule als auch am Relaiskontakt von Bedeutung. In Bild 3 werden diese Verluste den Durchlassverlusten eines intelligenten Leistungsschalters gegenübergestellt. Über den gesamten Nominalstrombereich bietet der intelligente Schalter eine deutlich geringere Verlustleistung mit einem Vorteil von ca. 3 W pro Kanal, was mit einer CO2-Reduktion von fast 0,1 g CO2/km gleichzusetzen ist.

Die Produktfamilien Connect FET (Ersatz des Relais) und Power PRO-FET (Ersatz des Relais und der Sicherung) von Infineon mit ihren sehr kleinen Durchlasswiderständen bis herunter zu 1 mΩ erfüllen hier die Anforderungen für den Aufbau von Halbleiter-Relais. Mit ihnen lassen sich Lösungen für ungesicherte Halbleiter-Relais darstellen, ähnlich einem normalen elektromechanischen Relais. Der Kurzschlussschutz erfolgt in herkömmlicher Weise über eine Schmelzsicherung. Darüber hinaus lassen sich jedoch auch Lösungen für geschützte Halbleiter-Relais mit integrierter elektronischer Sicherung als auch für Halbleiter-Relais mit extrem niedrigem Betriebstrom (als Ersatz von bistabilen Relais) darstellen.