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Trend Guide Leistungselektronik 2020 www markttechnik de 11 keine Eingangs-Ausgangsspannungsverhältnisse von weit über 30 Das Eingangs-Ausgangsspannungs-Verhältnis wird maßgeblich durch die minimale Einschaltzeit bestimmt die die Kombination aus AbwärtswandlerController und Schalter erlaubt Wenn man die Umwandlungsverluste außer Acht lässt ist das Verhältnis von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung umgekehrt proportional zum Tastverhältnis des Schalters wobei Vin = Eingangsspannung Vout = Ausgangsspannung D = Tastverhältnis des Schalters Ton = On-Zeit des Schalters Toff = Off-Zeit des Schalters f s = Schaltfrequenz des Abwärtswandlers Bei einem 800-V-Bus ergibt sich bei einer Schaltfrequenz von 60 kHz und einer Mindest-On-Zeit von 400 ns ein Eingangs-Ausgangsspannungs-Verhältnis von 30 3 Das bedeutet dass die kleinstmögliche Ausgangsspannung des Abwärtswandlers etwa 24 Vbeträgt Berücksichtigt man die Bauteiltoleranzen und die Tatsache dass die Bus-Spannung unter bestimmten Umständen den Nennwert von 800 Vüberschreiten kann hat der Abwärtsregler eindeutig ein Problem Abwärtswandler haben unter nominalen Einsatzbedingungen einen hohen Wirkungsgrad von über 90 % der jedoch mit zunehmendem Eingangs-Ausgangsspannungs-Verhältnis rapide sinkt Bei einem Eingangs-Ausgangsspannungs-Verhältnis von 30 1 ist ein Abwärtswandler-Wirkungsgrad von nur noch 7080 % realistisch Sperrwandler sind oft schon für 400-V-BusArchitekturen eine bessere Wahl für 800-VEV-Systeme sind sie geradezu prädestiniert Das Eingangs-Ausgangsspannungs-Verhältnis wird durch das Übersetzungsverhältnis des Transformators bestimmt Dadurch ist eine effiziente Umwandlung einer sehr hohen Eingangsspannung in eine nahezu beliebige Ausgangsspannung möglich Die maximale Ausgangsleistung eines Sperrwandler-Designs wird durch Streuinduktivitätsverluste und die Sperrspannung des primärseitigen Schalters begrenzt 100 Wist ein realistischer Wert Für höhere Ausgangsleistungen bieten sich alternative Transformatorbasierte Topologien an Fluss-Halbbrückenund Vollbrücken-Wandler Abwärtswandler für 400-V-Bus-Systeme Als kostengünstiger Abwärtswandler unterstützt Power Integrations LinkSwitch-TN2Q LNK3206GQ einen Ausgangsstrom von max 360 mA LinkSwitch-TN2Q ist ein monolithischer IC der einen Controller eine Treiberschutzschaltung und einen 725-V-MOSFET in sich vereint Der IC kann auch als Sperrwandler mit einer Ausgangsleistung von bis zu 7 Wkonfiguriert werden Für Anwendungen die eine höhere Ausgangsleistung erfordern bietet Power Integrations den Sperrwandler-Controller InnoSwitchTM3-AQ Inn3977CQ an Dieser enthält einen integrierten 750-V-MOSFET-Schalter und kann in Automobilanwendungen bis zu 35 Wliefern Das einzigartige InSOP-Gehäuse enthält primärund sekundärseitige Controller sowie Treiberstufen die über Power Integrations proprietäre magnetoinduktive Kopplungstechnologie FluxLink miteinander kommunizieren Dies ermöglicht eine präzise Steuerung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms ohne den Einsatz von Optokopplern und bietet gleichzeitig eine verstärkte Isolation mit einer Spannungsfestigkeit von mehr als 6000 V Optokoppler werden in Automobilanwendungen eher vermieden weil deren Stromübertragungsverhältnis Verstärkung im Laufe der Zeit abnimmt Außerdem nimmt die Helligkeit der LED im Optokoppler bei höheren Temperaturen ab das ist in Automobilanwendungen definitiv ein Problem Zur Maximierung des Wirkungsgrades steuert der Inn3977CQ direkt einen Synchrongleichrichter-MOSFET auf der Sekundärseite an der die herkömmliche Gleichrichterdiode ersetzt Emergency Power Eine typische Anwendung für den Inn3977CQ ist die 30-W-Notstromversorgung für Antriebsumrichter-MOSFEToder IGBT-Treiber Diese Stromversorgung hält den Antriebsumrichter am Laufen falls die 12-V-Bordnetzbatterie während der Fahrt ausfallen sollte Das Emergency Power Supply erfüllt die in der internationalen Norm ISO 26262 Road vehicles functional safety spezifizierte Sicherheitsfunktion Bei einem Ausfall der 12-V-Batterie bezieht die auf InnoSwitch3 basierende Stromversorgung ihre Betriebsspannung aus dem Hochleistungs-BatterieBus der seinerseits durch eine integrierte Sicherheitsentladeschaltung schnell unter den 60-V-SELV Safety Extra Low Voltage Schutzkleinspannung reduziert wird Um einen zusätzlichen Spielraum zu schaffen muss das Emergency Power Supply unterhalb Blockschaltbild eines Abwärtswandlers auf der Basis des LinkSwitch-TN2-ICs Blockschaltbild eines Sperrwandlers auf der Basis eines InnoSwitch3-AQ-ICs