E-Fahrzeuge: Netzwerkwiderstände dienen als Hochspannungsteiler

Bis 2020 plant die Bundesregierung eine Million Elektrofahrzeuge auf deutsche Straßen zu bringen. Um dieses ambitionierte Ziel zu erreichen, ist es jedoch notwendig, die Nutzung von E-Autos für den Verbraucher attraktiver zu machen. Faktoren wie Reichweite, Kosten und vor allem auch Sicherheit der Elektroautos spielen eine entscheidende Rolle bei der Kaufentscheidung.

Die Architektur von Elektrofahrzeugen basiert auf Spannungen bis zu 800 V. Dazu sind zuverlässige Hochspannungs-Bauelemente nötig, damit die Fahrzeuge hohen Temperaturen widerstehen und eine höhere Effizienz beim Wärmemanagement erreichen. Die Optimierung der Energieeffizienz mithilfe hoher Spannungen basiert auf Fortschritten bei den Schaltnetzteilen, welche Weiterentwicklung innerhalb der Leistungselektronik aber erst ermöglicht haben. Hierfür sind leistungsfähige Messsysteme nötig, die den erhöhten Sicherheitsanforderungen der Hochspannungsumgebung entsprechen, effizientes Arbeiten ermöglichen sowie genaue und zuverlässige Messergebnisse gewährleisten.

Zum Messen ist es aber nötig, die hohen Spannungen zu reduzieren. Dafür werden häufig Widerstandsspannungsteiler verwendet. Diese passiven linearen Schaltungen erzeugen eine Ausgangsspannung, die einen Bruchteil ihrer Eingangsspannung beträgt. Die Eingangsspannung wird dabei auf die Komponenten des Teilers verteilt.

Bild 1: RM-Netzwerke aus mehreren RG-Widerständen, die die Eingangsspannung aufteilen. Die Eingangsspannung wird dabei entsprechend der Widerstandswerte aufgeteilt. Susumu

Aufgrund der steigenden Nachfrage an Elektrofahrzeugen steigt somit auch der Bedarf an Spannungsteilern, die den Anforderungen im Hochvoltbereich genügen. Mit der durch Endrich Bauelemente vertriebenen RM-Serie deckt Susumu eben diesen Bedarf. Die RM-Serie kann als Netzwerk mehrerer Widerstände der RG-Serie betrachtet werden (Bild 1). Ein Chip der RM-Serie besteht aus zwei oder mehreren Widerständen, was eine große Platzersparnis mit sich bringt.

Widerstände tolerieren hohe Eingangsspannungen

Die Präzisions-Hochspannungswiderstände tolerieren Eingangsspannungen bis 1000 V. Da immer mehrere Elemente nebeneinander und gleichzeitig verarbeitet werden, und die Widerstände in einem Netzwerk direkt aufeinander abgestimmt sind, ist die Toleranz des aus den Ohm-Werten resultierenden Teiler-Verhältnisses sowie Temperaturkoeffizient (TCR) sehr niedrig.

Bild 2: Das Widerstandnetzwerk RM10280-N11 besteht aus zwei Widerständen. Die relative TCR beträgt ±1 ppm/°C und die relative Widerstandtoleranz ±0,01 Prozent in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C. Susumu

Tabelle 1: Der RM10280-N11 besteht aus einem 9,9-MΩ- und einem 100-kΩ-Widerstand. Susumu

Die Ausführung RM10280-N11 besteht aus zwei Widerständen, einem mit 9,9 MΩ und einem mit 100 kΩ und teilt eine Eingangsspannung von beispielsweise 100 V in 99 V und 1 V auf (Bild 2 und Tabelle 1). Die relative TCR beträgt ±1 ppm/°C und die relative Widerstandtoleranz ±0,01 Prozent in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C. Die Drift ist, wie bei der RG-Serie, kleiner als ±0,1 Prozent bei einer Zuverlässigkeitsprüfung über 10.000 Stunden.

Die Widerstandsnetzwerke der RM-Serie sind standardmäßig in verschiedenen Ausführungen mit unterschiedlichen Teilungsverhältnissen und mit bis zu sechs Widerständen pro Netzwerk bei Endrich Bauelemente verfügbar. Zusätzlich sind auch nutzerspezifische Schaltungen erhältlich.

Anwendungen findet die RM-Serie in Spannungsteiler- und Verstärkerschaltungen, die eine sehr genaue relative Widerstandstoleranz und TCR erfordern sowie in mehrstufigen Präzisionsverstärkungsschaltungen für minimale Signale. Neben der Automobilelektronik kommen die Spannungsteiler auch in der Präzisions- und Medizinelektronik zum Einsatz.

(aok)