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Power Management

48 Volt als Standard für Mikrohybride?

6. Juni 2014, 10:29 Uhr | Davide Giacomini

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Herausforderung der Architektur

Diese Mehrphasenwandler wurden ausgiebig untersucht, entwickelt und in Computer-Applikationen eingesetzt. Bild 2 zeigt das Blockdiagramm einer dieser Lösungen, die mittlerweile seit ungefähr zehn Jahren auf dem Markt sind.
Der erste Unterschied besteht darin, dass der Energiefluss nur in eine Richtung erfolgt; der 12-V-Eingang entstammt der sogenannten Silver Box im Computer oder im Server, und die Last ist die CPU, wodurch ein hoher Strom mit hohen Lastspitzen und hoher Frequenz entfällt.
Die größte Herausforderung dieser Reglerausführungen ist die Aufrechterhaltung der CPU-Spannung im spezifizierten Spannungsfenster von normalerweise 100 bis 200 mV, auch wenn die Lastspitzen 200 A bei einer Schwankung des Stromversorgungsausgangs von rund 100 A/µs erreichen können.
Der Regler arbeitet im Abwärtsbetrieb ähnlich wie die Automotive-Version, allerdings sind seine Eingangs- und Ausgangsspannungen wesentlich anders. Die Ausgangsspannung von <1,5 V ermöglicht ein einfaches Ablesen und Aufzeichnen des Stroms, indem die ADC-Eingänge des Digitalreglers direkt zugeführt werden, was beim Automotive-Wandler technisch nicht möglich ist.

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Informationen über Eingangs- und Ausgangsspannung sowie Strom werden auch in diesem Fall überwacht und über eine serielle Kommunikationsleitung an die CPU gesandt.
Im Fall der 48-V/12-V-Automotive-Variante dieser Mehrphasenlösung sieht das Blockschaltbild ähnlich aus (Bild 3). Die Hauptunterschiede sind folgende:
Eingangs- und Ausgangsspannungen sind höher. Für 48-V- und 12-V-Batterien müssen Bauelemente mit höherer Durchbruchspannung zum Einsatz kommen – mit entsprechend höheren Kosten.
Erforderlich ist eine Bidirektionalität, um einen Energieausgleich zwischen den Batterien während des Betriebs des Hybridfahrzeugs zu erlauben: Der im Digitalregler eingebettete Algorithmus sollte beides enthalten. Außerdem muss ein Übergang von einer Betriebsart zur anderen mit einwandfreiem Zeitablauf verarbeitet werden.
Es wird eine umfassende Ferndiagnose benötigt, die sowohl den Eingangs- und Ausgangsstrom als auch die Spannungen umfasst.