Die Erfindung betrifft einen DC-DC-Wandler mit einer ausgangsseitigen Speieherkondensatoranordnung .

Aus der DE 10 2007 001 414 B3 ist ein solcher DC-DC-Wandler bekannt, bei dem die Speicherkondensatoranordnung mit einem Elektrolytkondensator gebildet ist. Im Bereich der Automobilelektronik werden solche DC-DC-Wandler zum Betrieb von solenoidbetätigten Kraftstoffinj ektoren verwendet, wobei der Elektrolytkondensator zur Bereitstellung einer Betriebsspannung für diese induktive Last vorgesehen ist, um bei der Ansteuerung des Solenoids in einfacher Weise kurzzeitig einen vergleichsweise großen elektrischen Strom liefern zu können. Es ist ferner das Prinzip bekannt, nach einer Abschaltung des Solenoids eine Rückspeisung von elektrischer Energie in den Elektrolytkondensator vorzusehen, um die rückgespeicherte Energie bei der nächsten Solenoidansteuerung nutzen zu können.

Wie in der DE 10 2007 001 414 B3 dargestellt und ausführlich beschrieben ist, haben die in der Automobilelektronik häufig verwendeten Elektrolytkondensatoren neben ihrer gewünschten großen Kapazität einen parasitären seriellen Innenwiderstand, der oftmals als ESR ("equivalent series resistance") bezeichnet wird .

Wenn beim Versorgen einer Last durch den DC-DC-Wandler aus dem Elektrolytkondensator Energie entnommen wird, fließt der Strom zur Last durch diesen Innenwiderstand und verursacht einen ent-sprechenden Spannungsabfall, der die an der Last anliegende Spannung reduziert. Wenn die Last induktiv ist, beispielsweise die genannte Solenoidanordnung bei einem Magnetventil, dann erfolgt beim Abschalten der Versorgung aus dem Elektrolyt- kondensator ein Abbau der im Solenoid gespeicherten magnetischen Energie. Bei einer Ansteuerschaltung, die eine Rückspeisung dieser Energie in den Elektrolytkondensator ermöglicht, fließt nun ein Strom mit entgegengesetzter Richtung durch den Innen- widerstand des Elektrolytkondensators, so dass dessen Klem ^¬ menspannung nun entsprechend erhöht wird.

Die derzeitig verfügbaren kostengünstigen Elektrolytkonden- satoren als Becher mit einer Kapazität ^ 500 yF und einer Nennspannung von > 60V haben jedoch die Eigenschaft, dass der serielle Widerstand sich bei steigenden negativen Temperaturen stark erhöht. Der vom Lieferanten garantierte Serienwiderstand (ESR) von < 100 mQ bei 25°C kann sich bei -40°C auf einen Wert von bis zu 1000 mQ erhöhen. Bei einer Nominal-Spannung am Elektrolytkondensator von 65V und einem angenommenen ESR von ~ 700 mQ und einem Peak- Strom von 5A steigt die Klemmenspannung auf einen Wert von 65V + 700 mQ * 5 A = 68,5V. Insbesondere wenn die von dem DC-DC-Wandler für den Elektrolytkondensator bereitgestellte Betriebsspannung außerdem als Versorgungsspannung für wenigstens eine weitere elektronische Schaltung bzw. elektronische Komponente der Fahrzeugelektronik verwendet wird, muss diese weitere elektronische Schaltung bzw. deren Komponenten so dimensioniert werden, dass die beschriebene Spannungsüberhöhung deren maximale Anschlussspannung nicht überschreitet. Andernfalls können derartige Komponenten be ^¬ schädigt oder sogar zerstört werden. Es besteht jedoch auch hier das zusätzliche Problem, dass sich bei vielen derzeit verwendeten Halbleitern bei tiefen Temperaturen deren maximale Sperrspannung verringert .

Die derzeitig häufig verwendete Lösung sieht so aus , dass ent ^¬ weder die am Elektrolytkondensator direkt anliegenden Bauteile auf eine größere NominalSpannung ausgelegt werden (z.B. 90V - 100V Technologie) oder parallel zum Elektrolytkondensator zusätzliche Keramikkondensatoren oder MLCC („multi layer ceramic chip capacitor" ) verbaut werden, die auch bei tiefen Temperaturen sehr niederohmig sind . Deren Anzahl wird durch den max . Span- nungshub an der induktiven Last und der rückgespeisten Energie bestimmt . Bei der angenommenen Nominal-Spannung von 65V liegen die verfügbaren Kapazitätswerte bei kostengünstigen und für Anwendungen in Kraftfahrzeugen freigegebenen Bauteilen bei Werten von 2,2 yF . Bei einem benötigten Kapazitätswert der Keramikkondensatoren von 25 yF sind somit ca. 11 Teile parallel zu verwenden . Dies verursacht höhere Kosten wegen deren Platzbedarfs auf der Leiterplatte und natürlich der Bauteilkosten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen DC-DC-Wandler bereitzustellen, mit welchen die oben erläuterten Nachteile vermieden werden können und insbesondere eine unerwünschte Span ^¬ nungsüberhöhung in der Freilaufphase bei einer induktiven Last reduziert werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen DC-DC-Wandler gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben .

Demnach weist der DC-DC-Wandler neben dem Elektrolytkondensator einen Keramikkondensator und eine Schaltungsanordnung auf, die mit einer Serienschaltung aus einem Hybridelektrolytkondensator und einer Suppressordiode und einem zum Hybridelektrolytkon- densator parallelgeschalteten Widerstand gebildet ist.

Hybridelektrolytkondensatoren haben bei geringer Bauteilgröße einen bezogen auf die Bauteilgröße hohen Kapazitätswert mit niedrigem ESR über den gesamten gewünschten Temperaturbereich, j edoch nur eine vergleichsweise geringe Nennspannung . Dies wird in erfindungsgemäßer Weise durch die Serien-Suppressordiode ausgeglichen . Der parallel zum Hybridelektrolytkondensator geschaltete Widerstand sorgt dafür, dass durch die Suppress ^¬ ordiode immer ein geringer Strom fließt, so dass sie keine Schaltverzögerung hat »

In vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen

DC-DC-Wandlers weist der Elektrolytkondensator eine Nennspannung von 50V bis 70V auf und oder der Hybridelektrolyt- kondensator eine Nennspannung von 30V bis 40V.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Figur näher erläutert . Dabei zeigt Figur 1 die Speicherkondensatoranordnung eines erfindungsgemäßen DC-DC-Wandlers . Ein DC-DC-Wandler stellt üblicherweise an seinem Ausgang die Energie aus einer Eingangsenergiequelle über die Zwischen- speicherung als magnetische Energie in einer Spule als in einem Ausgangskondensator gespeicherte elektrische Energie zur Ver ^¬ fügung, wobei die Spannung am Ausgangskondensator über ein getaktetes Bestromen der Spule auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird . Der DC-DC-Wandler kann dabei als Tiefsetz- , als Hochsetz- oder als invertierender Wandler, als primär oder als sekundär getakteter Wandler ausgebildet sein . Der Ausgangskondensator dient als Speieherkondensator und ist in der erfindungsgemäßen Speieherkondensatoranordnung der Figur 1 mit einem Elektrolytkondensator 1 , mit einem dazu parallelgeschalteten Keramikkondensator 2 und der dazu parallelgeschalteten Serienschaltung aus einem Hybridelektrolytkonden- sator 3 und einer Suppressordiode 4 sowie einem zum Hybride ^¬ lektrolytkondensator 3 parallelgeschalteten Widerstand 5 gebildet . Die Speieherkondensatoranordnung ist über eine in Sperrrichtung gepolte Diode 6 mit dem DC-DC-Wandler zu verbinden . Über den Widerstand 5 wird die Suppressordiode 4 in einen leitenden Zustand gebracht, dabei fließt ein Strom von etwa 1 mA . Die Suppressordiode 4 hat eine Clampingspannung von etwa 4 OV bei einem Strom von 1mA. Der Kathodenanschluss der Diode 6 ist auch der Ausgangsanschluss des DC-DC-Wandlers , an den eine insbe ^¬ sondere induktive Last angeschlossen werden kann .

Für den Fall einer Rückspeisung von Energie aus einer induktiven Last in die Speieherkondensatoranordnung übernimmt der Hybridelektrolytkondensator 3 aufgrund seines gegenüber dem Elektrolytkondensator 1 geringen seriellen Widerstands und gegenüber dem Keramikkondensator 2 größeren Kapazität den größten Anteil , so dass die Spannung am Ausgangsanschluss nicht auf einen Wert ansteigen kann, der andere daran angeschlossene Bauteile zer ^¬ stören könnte . Die Suppressordiode 4 ist so auszulegen, dass ihr dynamischer Innenwiderstand (Änderung der Sperrspannung bei Stromänderung) möglichst klein ist . Zusätzlich muss die Suppressordiode 4 eine hohe Impulsenergie aufnehmen können . Der Sperrstrom (Leakage current ) durch die Suppressordiode 4 muss mindestens um den Faktor 10 kleiner sein als der Strom durch den Parallelwiderstand 5 , damit an dem in Reihe geschalteten Hybridelektrolytkon- densator 3 keine Spannungsspitzen über der NominalSpannung auftreten können . Typische Sperrströme von Suppressordioden liegen im Temperaturbereich bis 125 ° C bei Werten bis 25 μΑ.

Typische Bechergrößen für Hybridelektrolytkondensatoren sind 8 x 8 mm mit einer Höhe von 6 mm (lOOyF / 35V) bzw . 10 x 10 mm bei einer Höhe von 10 mm (220yF / 35V) .

Die Peak- Verlustleistung der Suppressordiode 4 muss größer sein als der max . Wert des Spitzenrückspeisestromes multipliziert mit der Clamping-Spannung der Suppressordiode 4.