Worauf es bei Stromversorgungen für Start-/Stopp-Systeme ankommt

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Das einfache Design der Boost-Versorgung

Die Boost-Versorgung (Bild 2) verwendet nur eine Induktivität, einen n-FET, eine Diode und einen Kondensator. Es ist das einfachste Design, hat aber auch einige Nachteile. Wird der Ausgang kurzgeschlossen, besteht kein Schutz mehr, da ein direkter Pfad vom Eingang zum Ausgang besteht. Wenn die Eingangsspannung über den Ausgangsspannungs-Sollwert steigt, hindert den Ausgang nichts daran, ebenfalls anzusteigen, da die Eingangsspannung direkt über die Induktivität und die Diode zum Ausgang geleitet wird.

Für die meisten Module ist ein Leerlauftest nötig

Die meisten Module in einem Fahrzeug müssen einen Lastabwurf-Test bestehen. Dabei wird eine Spannungsspitze erzeugt und an Vin angelegt. In einer Boost-Versorgung würde diese Spitze direkt an den Ausgang weitergeleitet. Wird also eine 40-V-Spitze übertragen, muss alles, was an Vout angeschlossen ist, diese Spannung aushalten können.

Buck-/Boost-Konzept mit Kurzschluss-Schutz

Eine andere Möglichkeit ist das nicht invertierende Buck-/Boost-Konzept (Bild 3). Dabei werden nur eine Induktivität und ein Kondensator verwendet, dafür aber zwei Schalter und zwei Dioden. Diese Lösung verhindert das Ansteigen der eingestellten Ausgangsspannung, wenn der Eingangswert über den Ausgangswert ansteigt. Zudem steht ein Schutz bei Kurzschluss am Ausgang zur Verfügung, da der erste Schalter (FET1) geöffnet wird. Der Nachteil dieses Designs ist der schlechtere Wirkungsgrad, da nun Verluste in zwei Dioden und zwei Schaltern zu berücksichtigen sind.

SEPIC ohne Probleme mit Kurzschlüssen am Ausgang

Der Single-Ended Primary-Inductor Converter (SEPIC) ist bezüglich seines Layouts dem Boost-Wandler ähnlich, außer dass eine Induktivität gegen Masse und ein DC-Sperrkondensator mit integriert sind (Bild 4). Der Nachteil ist die zusätzliche Induktivität und der Kondensator; der Vorteil aber ist, dass keinerlei Probleme mit Kurzschlüssen am Ausgang auftreten können, da der DC-Sperrkondensator nun in Serie zum Ausgang ist. Der Ausgang wird nun nicht mehr durch die Eingangsspannung beeinträchtigt, sodass er niedriger oder höher als der Eingang sein kann.

Ein Verpolungsschutz ist weiterhin erforderlich

Bei allen hier beschriebenen Schalttopologien ist weiterhin ein Verpolungsschutz erforderlich, da weiterhin Sperrströme von Masse durch die Body-Diode des FETs zurück zum Eingang fließen können.

Es sind also zahlreiche Aspekte zu beachten, wenn ein Start-/Stopp-System in Fahrzeuge integriert wird. Hier wurden nur die Stromversorgungen für Elektronikmodule betrachtet; es müssen aber noch weitere Rahmenbedingungen beachtet werden: Zum Beispiel verdunkeln sich die Innenraum- und Außenleuchten während dieser Spannungseinbrüche. Ein flackerndes Innenraumlicht ist zwar ärgerlich aber nicht kritisch; flackernde Brems- und Frontleuchten sind allerdings ein Sicherheitsrisiko. Hier ist demnach ebenfalls eine Stromversorgungslösung für den sicheren Betrieb erforderlich. Auch dafür gibt es heute zum Glück bereits zahlreiche Lösungen.

* Mark Scholten ist Senior Field Application Engineer bei ON Semiconductor

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