Bewertung von DC-DC-Topologien und Optimierung eines DC-DC-Leistungsmoduls für das 42-V-Kfz-Bordnetz

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Bewertung von DC-DC-Topologien und Optimierung eines DC-DC-Leistungsmoduls für das 42-V-Kfz-Bordnetz

Hu, Jing

Zukünftige Kraftfahrzeuge werden mit einem 42 V-Bordnetz betrieben. Zur Versorgung der 14 V-Verbraucher werden zahlreiche Leistungsmodule benötigt. Die vorliegende Dissertation beschreibt den Entwurfsprozess für ein solches Leistungsmodul. Als Verbraucher für das entwickelte Leistungsmodul wurde ein Frontlampenmodul ausgewählt. Dessen Glühlampen weisen einen hohen Einschaltstrom auf, der begrenzt werden muss, wenn die Lampen direkt aus den Leistungsmodulen versorgt werden. Eine kostengünstige und anpassungsfähige Schaltung zur Begrenzung dieses Einschaltstroms wurde erarbeitet. Dafür sind mehrere Schaltungstopologien und unterschiedliche Systemstrukturen möglich. Um die am besten geeigneten auswählen zu können, wurden Auswahlkriterien erstellt, die die Anschaffungskosten, die Zuverlässigkeit, den Wirkungsgrad, das EMV-Verhalten, das Volumen und das Gewicht umfassen. Nach einer Sondierung der Marktpreise wurde ein Preismodell der kostenintensiven Elemente in Leistungsmodulen erstellt. Die Ausfallrate der Bauelemente wurde anhand der Daten aus dem Handbuch MIL-HDBK-217 abgeschätzt. Die Berechnungsformeln unterschiedlicher Verlustarten in Leistungsschaltungen wurden zusammengestellt. Anhand der Auswahlkriterien wurden die möglichen Topologien und Systemkonstruktionen bewertet. Der spannungsgeregelte weichgeschaltete Tiefsetzsteller mit Synchrongleichrichtung in Verbindung mit einer Systemkonstruktion aus zwei gleichen Untermodulen weist die besten Eigenschaften auf und wurde für einen Prototypenaufbau ausgewählt. Wichtige Messergebnisse des Prototypen werden präsentiert.