SEPIC-Wandler für Automotive-Anwendungen

Die Anforderungen an die Spannungsversorgung im Kfz sind hoch: Die Spannungsschwankungen bei Kaltstart und Lastabwurf müssen sorgfältig ausgeregelt werden, damit bei sensiblen Verbrauchern, wie zum Beispiel beim Smart-Keyless-Entry, auf keinen Fall Störungen und Codefehler auftreten. Auch hochgeregelte Spannungen, die beispielsweise bei der Hintergrundbeleuchtung verwendet werden...

Analyse und Berechnungsgrundlagen für optimierten Einsatz in Kraftfahrzeugen

Die Anforderungen an die Spannungsversorgung im Kfz sind hoch: Die Spannungsschwankungen bei Kaltstart und Lastabwurf müssen sorgfältig ausgeregelt werden, damit bei sensiblen Verbrauchern, wie zum Beispiel beim Smart-Keyless-Entry, auf keinen Fall Störungen und Codefehler auftreten. Auch hochgeregelte Spannungen, die beispielsweise bei der Hintergrundbeleuchtung verwendet werden, dürfen nicht einbrechen, da nicht nur der Autofahrer durch Flackern des Lichts irritiert wäre, sondern auch Baugruppen frühzeitig ausfallen können.

Von Nitin Kalje und Surya Prakash Rao

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Für viele elektronische Funktionsblöcke im Kfz ist es wichtig, dass mit DC/DC-Wandlern eine stabile Versorgungsspannung erzeugt wird, die im Bereich der Batterie-Nominalspannung liegt. Der SEPIC-Wandler (Single Ended Primary Inductance Converter) lässt sich hier vorteilhaft einsetzen, da er Spannungen herauf- und herabtransformieren kann. Im Gegensatz zu Flyback-Wandlern vereinfacht sich auch die externe Beschaltung. Ein großer Vorteil besteht darin, dass der SEPICWandler die Gleichspannung zum Ausgang abtrennt und ein Stromfluss über die Spule von Eingang zu Ausgang im ausgeschalteten Zustand dank des schaltungsbedingten Koppelkondensators vermieden wird. Nachfolgend werden die Funktionsweise des SEPIC-Wandlers analysiert und anhand einer genauen Berechnung die externen Bauteilwerte für eine typische Anwendung ermittelt. Bild 1 zeigt die grundsätzliche Wirkungsweise eines SEPIC-Wandlers. L₁ und L₂ können auf einem Spulenkörper untergebracht werden, da sie im kontinuierlichen Betrieb über den gesamten Schaltzyklus die gleichen Spannungspegel aufweisen.

Die Anstiegssteilheit der Ströme I_L1 und I_L2 hängen von der Eingangsspannung und von den Induktivitätswerten der Spulen ab. Wenn der Schalter (Q) geschlossen wird, liegt an L₁ die Eingangsspannung und an Cs eine Spannung, die genau so groß wie die Eingangsspannung ist. Der Strom steigt in den Spulen L₁ und L₂ an und Energie wird in den Spulen gespeichert. In dieser Zeit wird die Diode D in Sperrrichtung betrieben und der Ausgangskondensator muss den Strom für die angeschlossene Last liefern. Wenn der Schalter geöffnet wird, kehrt sich die Polarität der Spannung an den Spulen um. Die Diode leitet nun die gespeicherte Energie an den Ausgangskondensator und an die angeschlossene Last.

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