Bildergalerie
Gemäß EN 50155 sind Schwankungen von 15 Prozent der nominalen Bordnetzspannung zulässig.
Gegenseitige Beeinflussungen durch unterschiedliche Verbraucherströme können empfindliche Verbraucher stören.

Hochgerechnet ergeben sich hieraus 15 x 365 x 16 h = 87.600 h beziehungsweise 30 x 365 x 16 h (24) = 175.200 h (262.800 h) Betriebsstunden. Innerhalb dieser langen Zeiträume verändern sich die Einsatztemperaturen häufig, im Extremfall liegen diese zwischen -40 und +85 °C. Vibrationen, Feuchtigkeit, Stoßbelastungen, EMV-Störbeeinflussungen belasten die Schaltungen kontinuierlich. Im Vergleich zu einem PKW ergibt sich dabei folgender wesentlicher Unterschied. 15.000 km pro Jahr, bei einer mittleren Geschwindigkeit von 50 km/h ist der Durchschnittswert für einen PKW. Daraus resultiert folgender Wert: v = s/t, t = s/v = 15.000 km/50 km/h = 300 h/p.a. Über eine angenommene Lebensdauer von 15 Jahren beläuft sich die Betriebszeit somit insgesamt auf 4500 Stunden. Im Vergleich zu den Betriebsstunden bei Bus und Bahn beträgt der Faktor 175.200 h/4500 h = 38,9.

Hieraus ergeben sich auf den ersten Blick deutlich unterschiedliche Bewertungen hinsichtlich der MTBF beziehungsweise der Zuverlässigkeit von elektronischen Baugruppen. Je nach Fahrzeugart sind die elektrischen, thermischen, mechanischen und umweltspezifischen Anforderungen sehr verschieden. Nach den Vorgaben und Richtlinien festgelegter Normen werden die elektronischen Baugruppen entwickelt, gebaut und überprüft. Für die Bahn sind das zum Beispiel die Normen EN 50121-3-2 und EN 50155, für Busse unter anderem ISO 7637-x. Erfahrungs- und Praxiswerte vieler Jahre wurden in diese Normen aufgenommen und als Prüfwerte aufbereitet, eine fachgerechte und qualitativ einwandfreie Umsetzung der Herstell- und Verarbeitungsprozesse immer vorausgesetzt. Auch eine schlechte Quetschverbindung oder eine kalte Lötstelle kann zu einem Ausfall führen, was bei den geforderten Typprüfungen nicht unbedingt auffallen muss.

Stabilisierung der Bordnetzspannungen

DC/DC-Wandler werden zur Stabilisierung von Bordnetzspannungen eingesetzt. Bordnetzspannungen sind keine stabilen und störungsfreien Gleichspannungsnetze. Bedingt durch die vielen unterschiedlichen Verbraucher können die Eingangsspannungen sehr starken Schwankungen unterliegen, Zeit, Temperatur und Lastveränderungen betreffend. Davon darf und soll die zu speisende Steuer- und Regelelektronik nicht beeinflusst werden. Eine galvanische Trennung zwischen Batterie- und Verbrauchernetz sorgt für eine Entkopplung der Minusleitung und verhindert somit wirkungsvoll die negative Beeinflussung empfindlicher µC-Controller-Elektronik durch hohe Ströme auf der Antriebsseite im Fahrzeug (Bild 1 und 2).

Je nach Frequenz, die zwischen 16 2/3 Hz bis 25 kHz liegen kann, verursacht beispielsweise durch Batterieladegeräte bei Starkladung, Um- und Wechselrichtergeräte für die Versorgung von Klimaeinrichtungen, Schaltnetzteile die Zuschalten, Lastabwurf, Batteriespeisung von Antriebssteuergeräte und mehr, werden sehr hohe Anforderungen an die DC/DC-Wandlereingangsstufen gestellt. Diese Wechselspannungen verursachen Wechselströme im kapazitiven Eingang von DC/DC-Wandlern. Gemäß i = C * dU/dt fließen also entsprechende Wechselströme in die Wandler, die wiederum das Gleichspannungsnetz und die Sicherungen belasten. Durch starke und schnelle Schaltvorgänge können transiente Überspannungen von 1 kV zwischen Plus- und Minus-Batteriepotenzial entstehen. Ein Surge mit einem Innenwiderstand von Ri = 42 Ω bedeutet einen Störstrom von i = (1 kV – UE)/42 Ω. Multipliziert mit der Zeit von 1,2/50 µs ergibt dies eine zu beherrschende und abzuführende Wärmeenergie, die im Eingangsfilter aufgenommen werden muss, ohne die Elektronik negativ zu beeinflussen. Die Ermüdung von sich wiederholenden Prüfungen ist dabei stets zu berücksichtigen. Gegenseitige Beeinflussung durch unterschiedliche Verbraucherströme können empfindliche Verbraucher stören.

Bedenkt man die verschiedenen Lastarten, die zum Beispiel ein Spannungswandler zu versorgen hat, wie nachgeschaltete Schaltregler mit konstanter Leistungsaufnahme, das heißt negative Ri, induktive und kapazitive Lasten und rein ohmsche Verbraucher, wird klar, dass es hier nicht um triviale Anwendungen geht. Diese Anforderungen sind mit normalen IC-Applikationsschaltungen kaum zuverlässig zu lösen.

Für hohe Störanforderungen konzipiert

Die Wandler der Serie DDB wurden genau unter diesem Gesichtspunkt entwickelt. Begleitende Messungen, 100-prozentige Stückprüfungen, Optimierungen von Wärmeübergängen, Reduzierungen von dynamischen Überbelastungen mit Grenzwertreserven bei U, I und T bei Platinen, Transformatoren, Schutzbeschaltungen und Halbleitern ermöglichen eine sichere Konzeption und den Einsatz an unterschiedlichen Stellen von Fahrzeugen. Luft- und Kriechstrecken sind gemäß EN 50124-1 für PD2 und PD3 Port 9 bei der Überspannungskategorie II und III konzipiert. Somit wird auch hohen Störanforderungen Rechnung getragen und ein sehr stabiler Einsatz über viele Jahre ermöglicht. Das gewählte Speicherzeitkonzept (unabhängig von der Höhe der Eingangsspannung, sowie von der Umgebungstemperatur) garantiert eine langlebige Netzausfallreserve von 10 ms bei einer maximalen Wiederaufladezeit von t < 5 s. Die Störaussendung genügt den Anforderungen der EN 55011 Klasse A (-20 dB gegenüber EN 50121-3-2). Dauerleerlauf- und Dauerkurzschlussfestigkeit bei einer konstanten U_I-Kennlinie versorgen selbst nichtlineare Lasten stabil auch bei kritischen Anlaufbedingungen.

Die Wandler verfügen über eine galvanische Trennung und sind für folgende Eingangsspannungsbereiche konzipiert: 9 bis 36 VDC, 14,4 bis 50,4 VDC und 28,8 bis 154 VDC. Die Standardausgangspannungen sind +15 beziehungsweise 24 VDC. Zur Montage des IP5x-Gehäuses genügen vier M4-Schrauben, eine Kontaktierung über Phoenix-Steckverbinder und als Zusatz verfügen die Wandler über einen einstellbaren Enable-Steuereingang mit zeitverzögerter Abschaltung.