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Gleichspannungswandler im Fahrzeug

Eingangsstufe gegen Transienten schützen

24. Juli 2017, 10:17 Uhr | Von Vijay Choudhary

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Verpolungsschutz

In der Eingangsstufe wird ein Verpolungsschutz benötigt, um die an das Bordnetz angeschlossenen Verbraucher vor negativen Spannungen zu schützen, die durch Fehler beim Anschließen einer externen Spannungsquelle zum Starten verursacht werden können. In Automobil-Schaltungen werden unterschiedliche Methoden genutzt, um Schäden durch Rückströme zu vermeiden. Die Palette reicht von Schmelzsicherungen über Schottky-Dioden und p-Kanal-MOSFETs bis zu n-Kanal-MOSFETs mit IC zur Ansteuerung (Bild 6).

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In Anwendungen mit geringeren Strömen reicht eine einfache Schottky-Diode als Verpolungsschutz aus (Bild 6a). Für höhere Stromstärken eignen sich p-Kanal-MOSFETs, die jedoch eine Treiberschaltung benötigen – meist einen Spannungsteiler aus Widerstand und einer Zener-Diode, mit entsprechender Verlustleistung. Hinzu kommt, dass p-Kanal-MOSFETs höhere Durchlasswiderstandswerte (R_DS(ein)) aufweisen als n-Kanal-MOSFETs und meist auch teurer sind. Sogenannte Smart-Diode-Controller [7] dagegen kombinieren die bessere Leistungsfähigkeit eines n-Kanal-MOSFET mit der Einfachheit einer Diodenschaltung.

Literatur

[1] ISO 16750-2: Road vehicles – Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment. Part 2: Electrical loads.
[2] ISO 7637-2: Road vehicles – Electrical disturbances from conduction and coupling. Part 2: Electrical transient conduction along supply lines only.
[3] Electromagnetic Compatibility Specification for Electrical/Electronic Components and Subsystems. Ford Motor Company, FMC1278, Juli 2015.
[4] Choudhary, V.; Hegarty, T.; Pace, D.: Under the hood of a non-inverting buck-boost converter. TI Power Supply Design Seminar 2016.
[5] Choudhary, V.; Jacob, M.: Smart Diode and 4-Switch Buck-Boost Provide Ultra High Efficiency, Compact Solution for 12-V Automotive Battery Rail. PCIM Europe 2016, 10–12. Mai 2016, Konferenzband 1, S. 2019 ff.
[6] Jacob, M.: Reverse-polarity protection comparison: diode vs. PFET vs. a smart diode solution. Texas Instruments, E2E Community, Behind the Wheel, 21. Dezember 2015. e2e.ti.com/blogs_/b/behind_the_wheel/archive/2015/12/21/shoot-out-between-diode-and-pfet-smart-diode.
[7] LM74610-Q1 Zero IQ Reverse Polarity Protection Smart Diode Controller. Texas Instruments, Datenblatt, Juni 2016. www.ti.com/lit/ds/symlink/lm74610-q1.pdf.
[8] LM5140-Q1 Wide Input Range Dual Synchronous Buck Controller. Texas Instruments, Datenblatt, Dezember 2016. www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5140-q1.pdf.
[9] LM5122/-Q1 Wide-Input Synchronous Boost Controller With Multiple Phase Capability. Texas Instruments, Datenblatt, Mai 2016. www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5122.pdf.
[10] LM5022 60-V Low-Side Controller for Boost and SEPIC. Texas Instruments, Datenblatt, Dezember 2016. www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5022.pdf.
[11] LM5175 42-V Wide VIN Synchronous 4-Switch Buck-Boost Controller. Texas Instruments, Datenblatt, Mai 2016. www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5175.pdf.

Der Autor

Vijay Choudhary

ist bei Texas Instruments als Applikationsingenieur im Bereich Stromversorgungen für neue Anwendungen, Produktentwicklung und Kundenbetreuung verantwortlich. Er hat mehr als ein Jahrzehnt Erfahrung im Entwickeln von Stromversorgungen und hat verschiedene Fachaufsätze und Anwendungshinweise geschrieben. Sein Studium mit Master-Abschluss und Ph.D. hat er an der staatlichen Universität von Arizona in Tempe, Arizona, absoviert.
asktexas@ti.com