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Analyse und Berechnungsgrundlagen für optimierten Einsatz in Kraftfahrzeugen

SEPIC-Wandler für Automotive-Anwendungen

10. November 2009, 8:04 Uhr |

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

SEPIC-Wandler für Automotive-Anwendungen

Grundlegende Auswahlkriterien

Die Regelung soll stromgesteuert sein, da im Gegensatz zur Spannungsregelung die Ausregelungen von Spannungsschwankungen sofort erfolgen und der Schaltregler automatisch gegen zu hohen Stromfluss geschützt ist.

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Der MAX15005A hat eine innere PWM-Stromregelschleife, die den Spitzenstrom bei jedem Schaltzyklus begrenzt und die verstärkte Ausgangsfehlspannung mit dem Spulenstrom vergleicht. Die Stromregelschleife erhält die Information über die Stromstärke von einem Sense-Widerstand, der den primären Schaltstrom misst. Vom Widerstand gelangt das Signal direkt zum Eingang des PWM-Komparators. Die Spannung für die Anstiegskompensation wird direkt im Chip addiert und dem PWM-Komparator zugeführt, um subharmonische Schwingungen zu vermeiden, wenn das Tastverhältnis größer als 50 % ist. Die innere Schleife bestimmt die Reaktion auf Schwankungen der Eingangsspannung.

Bei der äußeren Spannungsregelschleife wird am Eingang des Fehlerverstärkers ein Teil der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung verglichen und die verstärkte Differenzspannung dann dem nicht invertierenden Eingang des PWM-Komparator zugeführt. Der Ausgang des PWM-omparators ist mit dem MOSFET-reiber verbunden. Eine Schutzschaltung ist für Überspannung, Überstrom und thermische Überlastung integriert.

Um möglichst gleichmäßige Ströme zu erhalten und die Belastung von Spule, Diode und Schalt-FET niedrig zu halten, ist der Wandler im kontinuierlichen Mode zu betreiben. In dieser Betriebsart ist die Strombelastung nur etwa halb so groß wie im diskontinuierlichen Mode. Die Bauteilgröße reduziert sich im gleichen Maße.

Die Auswahl der Schaltfrequenz ist für die Optimierung von entscheidender Bedeutung, da sie den Wirkungsgrad, die Bauteilgröße und Bauteilwerte vorgibt. Eine höhere Schaltfrequenz ermöglicht kleinere Bauteilabmessungen bei noch brauchbarem Wirkungsgrad, bei niedrigeren Frequenzen erhöht sich der Wirkungsgrad, aber auch der Platzbedarf. Beim MAX15005A lässt sich die Schaltfrequenz (f_s) im Bereich von 15 kHz bis 1 MHz mit einem externen Widerstand und Kondensator einstellen. Um den Radioempfang nicht zu stören und EMV-Probleme klein zu halten, werden niedrige Schaltfrequenzen bevorzugt.