Controller IC
Unsere dreiphasigen Spannungsregler sind ebenfalls mit Mikrocontroller-Steuerungstechnologie ausgestattet. Dadurch wird der Verlust (der sich als Erwärmung auswirkt) im Spannungsregler durch eine spezielle Steuerung der MOSFET weiter reduziert.
Ein "normaler" MOSFET Spannungsregler überwacht nur die Netzspannung. Es gibt einen Mindestwert, bei dem er sich einschaltet (startet die Gleichrichtung und lädt die Batterie), und einen Höchstwert, bei dem er sich ausschaltet (Nebenschluss und Stromumkehr zum Generator). Der Unterschied zwischen den beiden Werten ist die Hysterese, die etwa 0,2 Volt beträgt. Die Schaltfrequenz ergibt sich aus der Hysterese und der momentanen Last und kann bis zu einigen tausend Hertz betragen. Diese hohe Frequenz kann bei bestimmten Modellen (z. B. Honda VFR800 Vtec) in seltenen Fällen den Betrieb des Einspritzdüsensteuerung stören.
Der große Vorteil des Mikrocontrollers besteht darin, dass die Halbleiter den Strom nicht "ad hoc" an den nächsten Halbleiter weiterleiten, sondern durch sogenannte natürliche Kommutierung. Dadurch wird die Erzeugung von Störspannungen - elektromagnetischen Interferenzen (EMI) - vollständig eliminiert.
Im Ausschaltzyklus kehren beide Regler den Strom mit dem extrem niedrigen Kanalwiderstand der MOSFETs um, so dass der Verlust im Vergleich zum klassischen Thyristorregler vernachlässigbar ist. Im Gleichrichtungszyklus entsteht jedoch normalerweise ein Verlust, da der Strom zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die negative Diode einer Phase und die positive Diode einer anderen Phase fließt, was zu einer Verlustleistung (Wärmeverlust) proportional zum Spannungsabfall führt. Hier tastet der Mikrocontroller die Generatorspannung ab und "weiß", durch welche negative Diode (die auch die Bodydiode vom MOSFET ist) der Strom fließen soll, schaltet aber nur den "aktuellen" MOSFET für die Dauer der Ansteuerung ein. Ein Kanalwiderstand von einigen Milliohm am Halbleiter im negativen Zweig führt zu vernachlässigbaren Verlusten (Erwärmung).
Dies wird als synchrone Gleichrichtung bezeichnet, die in unserem Fall eigentlich nur "halbsynchron" ist, da wir im Falle unseres Reglers mit Mikrocontroller nur die an den negativen Dioden entstehenden Verluste eliminieren, da die positiven Dioden vom Typ Schottky sind, die einen Spannungsabfall von nur 0,4 - 0,5 V aufweisen (im Vergleich zu 1 V bei den klassischen Dioden). Mit dieser Schalttechnik "eliminieren" wir mehr als zwei Drittel der ursprünglichen Verluste, was zu wesentlich niedrigeren Kühlkörpertemperaturen führt.
Ein weiterer Vorteil des Mikrocontrollers besteht darin, dass diese den Strom gleichmäßig auf jede Phase verteilt.
Wenn die Batterie versehentlich vom Netz getrennt wird (z.B. wenn die Hauptsicherung durchbrennt), erkennt der IC dies und verhindert durch eine spezielle Ansteuerung der MOSFETs, dass die Netzspannung auf schädliche Werte ansteigt und schützt so die Verbraucher.
Es ist noch nicht üblich, aber es werden bereits 400 - 500 W Generatoren verwendet. Selbst wenn ein beträchtlicher Teil der erzeugten Energie entnommen wird, kann der Einsatz der Synchrongleichrichtung mit einem Kühlkörper mit relativ niedriger Temperatur diese Aufgabe sicher bewältigen. Der Trend geht zum Einsatz immer größerer Verbraucher und immer leistungsstärkerer Permanentmagnet-Lichtmaschinen.
