Design und Optimierung eines Pre-Boosters für Automotive-Anwendungen (Teil 2)

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Ausgangskondensator als Energiepuffer

Für den Prüfimpuls fungiert der Ausgangskondensator als Energiepuffer. Es versteht sich, dass ein großer Pufferkondensator das Einbrechen der Versorgungsspannung reduziert. Genau wie beim Eingangskondensator wird die Kapazität jedoch auch hier durch den maximal zulässigen Leckstrom begrenzt.

Der Boost-Controller selbst wird durch seine eigene Ausgangsspannung versorgt. Hierdurch hat die interne Bias-Spannung stets ihren Nennwert von 8,0 V und es wird kein Logikpegel-FET für die Leistungsstufe benötigt. Abgesehen davon besteht hierdurch die Möglichkeit, den Boost-Wandler auch an Eingangsspannungen zu betreiben, die kleiner als die Mindest-Versorgungsspannung des IC sind.

Bildergalerie

Bild 1: Verlauf des Kaltstartimpulses „severe“

Bild 2: Die Stromversorgungs-Struktur in einem Auto hat die Form eines Baums.

Bild 4: Darstellung des kompletten Kaltstart-Impulses „severe“ am Pre-Booster

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Reaktion des Boosters auf einen Prüfimpuls

Bild 4 zeigt die Kurven eines typischen, im CCM-Betrieb arbeitenden Pre-Boosters beim Anlegen eines Prüfimpulses. Die grüne Kurve ist die Eingangsspannung, die dem in Teil 1, Bild 1 gezeigten Impulsverlauf folgt.

Die Eingangsspannung am Eingangskondensator nach der Verpolungsschutz-Diode ist rot dargestellt, und die violette Kurve gibt die Ausgangsspannung des Boosters wieder. Der blau dargestellte Spulenstrom zeigt zunächst einen deutlichen Anstieg. Der Ausgang des Fehlerverstärkers des Boost-Controllers (COMP) schließlich wird von der hellblauen Kurve ganz unten wiedergegeben.

Die violett dargestellte Ausgangsspannung weist am Beginn des Prüfimpulses, wenn die Bordnetzspannung von 11,0 V auf 3,2 V abfällt, einen deutlichen Einbruch auf. Danach jedoch ist die Ausgangsspannung stabil und einwandfrei auf einen Wert von 9,0 V geregelt.

Der entscheidendste Aspekt für einen Pre-Booster ist es deshalb, mit diesem starken Abfall der Spannung fertig zu werden, ohne dass es zu einem übermäßigen Einbruch der Ausgangsspannung kommt. Der Rest des Impulses ist recht einfach handhabbar, zumal es dabei im Wesentlichen um die thermische Auslegung geht. Bild 5 zeigt eine genauere Ansicht des kritischen Teils des Prüfimpulses.

Die fallende Flanke am Eingang wird durch den Eingangskondensator gedämpft (grüne Kurve). Es dauert ungefähr 1,2 ms, bis der Booster zu schalten beginnt und der Spulenstrom ansteigt.

Bis zu diesem Zeitpunkt wird die Last ausschließlich aus dem Ausgangskondensator versorgt, und die Ausgangsspannung sinkt entsprechend ab. Anschließend beginnt sich der Wandlerausgang jedoch zu erholen, bis er sich schließlich auf die Nennspannung von 9,0 V einschwingt.

Im nächsten Abschnitt kommen die Gründe für dieses Verhalten genau zur Sprache, und es werden Verbesserungsmöglichkeiten aufgezeigt.

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Kfz-Stromversorgungen

Ausgangskondensator als Energiepuffer

Reaktion des Boosters auf einen Prüfimpuls

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