DC/DC-Wandler in Automobilanwendungen

Man sagt, dass das moderne Auto ein mobiles Rechenzentrum ist. Bei Elektroautos kommen noch die Handhabung der elektrischen Energie im industriellen Maßstab, das Aufladen der Batterien und die Motorantriebe hinzu, die jetzt in Bruchteilen von Megawatt bemessen sind. In einem modernen Auto arbeiten mehr als 100 Mikroprozessoren und Controller im Hintergrund, die alles von der drahtlosen Konnektivität über die Sitzheizung bis hin zur Implementierung komplexer Algorithmen für die dreiphasige Steuerung der Fahrmotoren steuern, um die beste Effizienz und Reichweite zu erzielen.

All diese Elektronik benötigt ihre eigenen Stromschienen, die sie mit der Batterie verbinden, sei es eine 12V/24V Bleisäurebatterie oder ein Lithium-Ionen-Akku mit bis zu 800V. Wie in Rechenzentren wurden auch in Autos Energiebus-Architekturen entwickelt, um Verluste und vor allem das Gewicht zu minimieren. DC/DC-Wandler sind deren integraler Bestandteil, die Spannungsumwandlungsstufen von der Batterie zur Endlast bereitstellen. Unter diesen DC/DC-Wandler werden nicht isolierte Point-of-Load-Wandler (PoL-Wandler) in der Nähe der einzelnen Subsysteme und Prozessoren eingesetzt, um die beste Regelung und dynamische Leistung genau dort zu erzielen, wo sie benötigt wird. Andere DC/DCs wie LED-Treiber sind ebenfalls üblich.

Eine Suche im Internet zeigt, dass PoLs und LED-Treiber eine der am weitesten verbreiteten Arten von DC/DC-Wandlern mit einer großen Vielfalt an Funktionen und Nennwerten sind. Bei der Anwendung im Automobilbereich muss sich die Auswahl jedoch auf Typen mit der richtigen Qualifikation beschränken, die von dem durch Chrysler, Ford Motors und Delco Electronics gegründeten Automotive Electronics Council, (AEC) definiert wurde und Standards für Belastungstests, Qualifizierung und Produktionsqualitätskontrolle von Komponenten im Automobilbereich festlegt. Die Standards werden als AEC-Qxxx bezeichnet und beziehen sich derzeit auf Belastungstests von ICs (AEC-Q100), diskreten Halbleitern (AEC-Q101), Optoelektronik (AEC-Q102), Sensoren (AEC-Q103) und „Multi-Chip-Modulen” (AEC-Q104).

Passive Komponenten werden durch eine Reihe von Normen der Reihe AEC-Q200-xxx abgedeckt und in allen Fällen wird auf Normen aus anderen Quellen wie MIL-STD-883, JEDEC, JESD, IPC und UL verwiesen. Die Komponentenhersteller bestätigen selbst, dass sie die AEC-Q-Normen erfüllen. Diese sind jedoch nur die Basis, und weitere Anforderungen werden von den Automobilkunden auf jeder Ebene für ihre spezielle Anwendung festgelegt. Dabei wird zumindest der Bereich des Fahrzeugs definiert, in dem das Teil verwendet wird, und es werden die Umgebungsbedingungen bestimmt. In Tabelle 1 ist zum Beispiel die Umgebungstemperatur für verschiedene Bereiche für ICs definiert.


Als separate Anforderung muss ein Zulieferer der Automobilindustrie über ein Qualitätssystem mit TS/IATF 16949:2016-Zertifizierung verfügen, was eine Steigerung gegenüber der allgemein verwendeten ISO 9001:2015 darstellt. Die AEC-Q-Normen legen großen Wert auf die Fähigkeit eines Zulieferers, die Belastungstoleranz von Komponenten in ihrem realen Herstellungsprozess zu gewährleisten. Obwohl die AEC-Q-Belastungstests nur einmal durchgeführt werden müssen, müssen Bauteile verwendet werden, die mit Produktionswerkzeugen, -prozessen und -mitarbeitern in nicht aufeinanderfolgenden Losen hergestellt wurden. Wenn sich irgendetwas an der Komponente oder dem Herstellungsprozess ändert, ist eine erneute Qualifizierung im Rahmen eines Product Part Approval Process (PPAP) erforderlich. Dies wurde von der Automotive Industry Action Group festgelegt und der PPAP hat seine eigenen Anwendungsstufen, die von 1 bis 5 reichen, mit steigenden Anforderungen an unterstützende Daten und die Vorlage von Mustern, wie in Tabelle 2 dargestellt.


PPAP ist Teil einer übergreifenden Anforderung der Advanced Product Quality Planning (APQP), die eine umfassende Dokumentation des Herstellungsprozesses, der Prüfprotokolle und der Design-/Prozessfehleranalyse (FMEA) beinhaltet.

Beispiele für von RECOM eingeführte Produkte mit wettable flanks sind die RPX-0.5Q/RPX-1.5Q PoL DC/DCs und der RPY-1.5Q LED-Treiber, Abbildung 2.