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Design und Optimierung eines Pre-Boosters für Automotive-Anwendungen (Teil 3)

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Anbieter zum Thema

Texas Instruments Deutschland GmbH
MES Electronic Connect GmbH & Co. KG
RECOM Power GmbH
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Es würde auch nichts ausmachen, wenn die Ausgangsspannung noch stärker einbräche – auch 7,0 V wären für den 5,0-V-Buck-Wandler kein Problem. Die Eingangs- und die Ausgangskapazität können somit bedenkenlos noch weiter reduziert werden, was Platz auf der Leiterplatte spart und außerdem kosteneffektiver ist. Ähnliche Designs auf der Basis dieses Verfahrens wurden ausschließlich mit Keramik-Kondensatoren am Eingang (1 x 4,7 µF) und am Ausgang (1 x 33 µF) bestückt. Die daraus resultierende Lösung ist äußerst kompakt und dennoch überaus leistungsfähig.

Fazit

Für das Design einer geeigneten leistungsfähigen Pre-Booster-Schaltung ist ein wenig Hintergrundwissen erforderlich. Der vorliegende Beitrag ging detailliert auf die Auswirkungen und die Optimierung aller Bauelemente ein – einschließlich des Controllers und der Leistungsstufe. Die „traditionelle“ Implementierung eines Pre-Boosters, der erst dann zu schalten beginnt, wenn die Ausgangsspannung tatsächlich einbricht, liefert nicht die besten Ergebnisse. Dennoch kann auch diese Version ausreichend leistungsfähig sein, wenn die Leistungsstufe sorgfältig entwickelt und ihre Bauelemente mit Bedacht ausgewählt werden. Der lückende anstelle des nicht-lückenden Betriebs verbessert die Performance auf Kosten höherer Spitzenströme, die insbesondere für die Eingangs- und Ausgangskondensatoren problematisch sein können. Heutzutage ist es die beste Lösung, den Booster mit einer über der Bordnetzspannung liegenden Spannung zu aktivieren, unmittelbar bevor der Fahrmotor angelassen wird. Der Booster schaltet dann bereits und kann ohne Verzögerung auf die einbrechende Eingangsspannung reagieren. Dieses Verfahren sorgt nicht nur für ein geringeres Einbrechen der Ausgangsspannung als alle anderen Lösungen, sondern bietet zusätzlich Gelegenheit, die Eingangs- und Ausgangskapazität entscheidend zu verringern. Ist dies nicht möglich, ist die Pre-Booster- und Dual-Buck-Controller-Familie TPS4333x von Texas Instruments die beste Wahl. Der Pre-Booster aktiviert sich automatisch ungefähr 1 V über der eingestellten Ausgangsspannung und stellt den synchronen Buck-Wandlern eine gut geregelte Spannung zur Verfügung.

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Sämtliche Messungen wurden mit dem kostengünstigen, praxisgerechten Anlass-Simulator von TI durchgeführt. Diesen finden Sie online unter den Suchbegriffen PMP7233 und AutoCrankSim-EVM.

* Matthias Ulmann ist Reference Design Engineer in der EMEA Design Services Group bei Texas Instruments in Freising.

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