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Bidirektionale DC/DC-Controller

48- und 12-Volt-Systeme im Tandem

17. Mai 2019, 10:00 Uhr | Von Rich Miron, Applications Engineer bei Digi-Key Electronics

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Eine bidirektionale IC-Lösung

Linear Technology erfüllt diese Anforderungen und bietet mehrere DC/DC-Wandler an, die diese Energieübertragung bereits effizient bewältigen können, sodass die Energie erhalten bleibt und nur geringe Anforderungen an die thermische Auslegung gestellt werden.
Mit DC/DC-Aufwärts- und -Abwärtswandlern könnten beide Batterien geladen werden, und bei Bedarf könnten beide Batterien gleichzeitig Strom liefern. Bei vielen früheren DC/DC-Wandlern für duale 12-V-/48-V-Batteriesysteme wurden für die Abwärts- und Aufwärtswandlung der Spannung unterschiedliche Leistungskomponenten eingesetzt. Dies ist bei dem kürzlich herausgekommenen bidirektionalen DC/DC-Wandler LTC3871 von Linear Technology nicht der Fall. Hier werden für Abwärts- und Aufwärtswandlung der Spannung dieselben externen Leistungskomponenten verwendet.

Eine bidirektionale IC-Lösung

Der LTC3871 ist ein zweiphasiger synchroner bidirektionaler 100-V-/30-V-Abwärts- und Aufwärtsregler. Er kann die bidirektionale DC/DC-Regelung und das Laden der Batterien in 12-V- und 48-V-Systemen übernehmen. Er wandelt im Aufwärtsmodus vom 12-V-Bus zum 48-V-Bus und im Abwärtsmodus vom 48-V-Bus zum 12-V-Bus. Über ein Steuersignal kann jeder der beiden Modi bei Bedarf konfiguriert werden. Bei Anwendungen mit hohen Stromstärken (bis zu 250 A) kann die Filterung des Eingangs und des Ausgangs minimiert werden, da bis zu zwölf Phasen parallel betrieben und mit Phasenverschiebung getaktet werden können. Die hochentwickelte Stromarchitektur sorgt für eine hervorragende Stromanpassung zwischen parallelen Phasen. Eine 12-Phasen-Schaltung kann im Aufwärts- oder Abwärtsmodus jeweils bis zu 5 kW liefern.

Mit dem LTC3871 können beide Batterien gleichzeitig Strom liefern, wenn zusätzliche Energie benötigt wird, z.B. beim Anlassen des Motors. Mit diesem Bauteil ist ein Wirkungsgrad von bis zu 97 % möglich. Die maximal an die Last gelieferte Stromstärke wird von der programmierten Stromschleife auf dem Chip geregelt. Der Regler arbeitet mit vier Steuerschleifen, zwei für die Spannung und zwei für die Stromstärke, die eine Regelung von Strom und Spannung auf dem 12-V- bzw. 48-V-Bus erlauben.

Der LTC3871 kann mit einer vom Benutzer wählbaren Frequenz zwischen 60 kHz und 475 kHz betrieben und in diesem Bereich mit einem externen Takt synchronisiert werden. Darüber hinaus kann für den Betrieb bei geringen Lasten entweder ein Impulssprungmodus oder ein kontinuierlicher Modus gewählt werden. Weitere Merkmale sind eine Unter- und Überspannungssperre, eine unabhängige Schleifenkompensation für den Aufwärts- und den Abwärtsmodus, Überlastungs- und Kurzschlussschutz, eine Genauigkeit der Spannungsregelung von ±1 % über den gesamten Temperaturbereich und ein externer Ucc-Anschluss zur Erhöhung des Wirkungsgrads. Der LTC3871 war zur Diagnose in ISO-26262-Systemen bestimmt und wurde dann für die AEC-Q100-Spezifikationen für die Automobilelektronik qualifiziert.

Der LTC3871 ist derzeit in einem thermisch optimierten 48-Pin-LQFP-Gehäuse in drei möglichen Temperaturstufen erhältlich. Diese Temperaturstufen umfassen einen Hochtemperaturbereich für den Automobilbau von –40 °C bis +150 °C und den Bereich von –40 °C bis +125 °C für den erweiterten und industriellen Einsatz.