Pre-Charge von Verbrauchern mit hoher Kapazität

[Carl Philipp H. (carluni)]

Hallo,

mir stellt sich gerade folgendes Problem:
Ich arbeite an einer Schaltung, die mit intelligenten 4-Kanal 
High-Side-Switches Ströme bi 5,5 Ampere an Verbraucher schaltet und auf 
diese Weise mehrere Verbraucher versorgt. Es handelt sich um ein 12V DC 
System. Einige der Verbraucher haben am Eingang jedoch größere 
Kapazitäten, das führt dazu, dass beim Einschalten Ströme fließen, die 
die 5,5A übersteigen. Um dieses Problem zu beheben möchte ich eine 
möglichst einfache Pre-Charge-Schaltung entwerfen. Dabei soll der 
Mikrocontroller zunächst die Pre-Charge-Schaltung einschalten bis 
Vorgeladen ist und anschließend den Kanal mit dem High-Side-Switch 
normal versorgen. Idealer wäre eine Schaltung, die automatisch bei einer 
bestimmten Vorladespannung umschaltet, da ich mir einen Pin am 
Mikrocontroller sparen könnte und nicht aufgrund der zeitlichen 
Abschätzung der Vorladung auf Normalbetrieb wechseln müsste.


Folgende Anforderungen:
- Strom zwischen 200 und 500mA begrenzen
- vom Mikrocontroller mit 5V Ausgang schaltbar
- 2 - 4 Kanäle
- möglichst wenig Platinenfläche und Peripheriebauteile / notwendige
  Leiterbahnen
- möglichst wenig Verlustleistung
- Am besten mehrere Kanäle durch möglichst wenig µC-Ports vorladbar
Ich habe mir dafür über mehrere Möglichkeiten gedanken gemacht:
1. Transistor (Bipolar??) und Widerstand
   - hohe Verlustleistung, Mikrocontolleransteuerung??
   + nur 2 Bauteile pro Kanal, allerdings jeweils 2 pro Kanal
   - Steuerung der Vorladung nur über Zeit möglich ( zu wenig A/D-Ports 
am
     µC)
2. weiterer High-Side-Switch + Widerstände
   - hohe Verlustleistung, viel Peripherie, Steuerung ebenfalls nur über
     Zeit
   + gute Integration von 4 Kanälen, gute Schaltbarkeit durch µC
3. Konstantstromquelle
   - kein geeingeter IC mit nötiger Integrationsdichte gefunden
   - meistens noch Peripherie nötig
   + gute Schaltbarkeit durch µC
   + kein Strombegrenzungswiderstand notwendig
   + eventuell Möglichkeit zum Schalten des HighSide-Switches bei
     erreichen einer Spannungsgrenze??
4. Leistungstreiber und Widerstand
   +- ähnlich 2., aber etwas weniger Peripherie

Am liebsten wäre mir folgende Lösung: Ein IC den ich über den µC 
einschalte, der 200mA an den Verbraucher liefert bis 80% * 12V, dann 
automatisch abschaltet und 5V an den Schalteingang des 
High-Side-Switches anlegt. Das alles idealerweise ohne zusätzliches 
Bauteil ;)

Falls irgendjemand einen intelligenten Lösungsvorschlag oder IC für mich 
hat, bin ich sehr dankbar.
Vielen Dank im Vorraus
Gruß Carl Philipp

[charles (Gast)]

In der FuW-vorlesung sollte man eigentlich andere probleme haben ;-)

[Georg G. (df2au)]

Carl Philipp Hohl schrieb:
> Am liebsten wäre mir folgende Lösung: Ein IC den ich über den µC
> einschalte, der 200mA an den Verbraucher liefert bis 80% * 12V, dann
> automatisch abschaltet und 5V an den Schalteingang des
> High-Side-Switches anlegt.

Erklär uns doch bitte noch, woher der Verbraucher weiß, dass er noch 
keine 5.5A aufnehmen darf, obwohl schon 80% der Nennspannung anliegen.

Wie wäre es mit einer Induktivität in der Zuleitung? Begrenzt den 
Einschaltstoß zuverlässig. Nur bitte die Freilaufdiode fürs Abschalten 
nicht vergessen.

[MaWin (Gast)]

So lange der Verbraucher fest am Kondenstaor hängt,
kannst du keine Precharge des Kondenstaors mit geringerem Strom machen.

Du darft den Verbraucher erst dazuschalten, wenn der Elko voll ist, 
brauchts also eine EIN/ON/ENABLE-Leitung für den Verbraucher oder eien 
weiteren 5.5A high side Schalter zwischen Elko und Verbraucher.

[Johannes E. (cpt_nemo)]

Carl Philipp Hohl schrieb:
> Ich arbeite an einer Schaltung, die mit intelligenten 4-Kanal
> High-Side-Switches Ströme bi 5,5 Ampere

Wie Intelligent ist denn dieser Switch? Wird bei 5,5 A ein 
Überstrom-Fehler ausgelöst oder begrenzt der Schalter den Strom auf 5,5 
A?

Im zweiten Fall sollte das eigentlich kein Problem sein, solange deine 
Stromversorgung diesen Strom auch liefern kann.

Zumindest die BTSxxx - Schalter von Infineon sind normalerweise 
Kurzschluss-Fest, der Strom wird den Maximalwert begrenzt und erst wenn 
dann die Temepratur zu groß wird schaltet der Schalter aus.