Startseite > Smarter World > Erster bidirektionaler 6-Phasen DC/DC-Controller für 12-48V

Für Automotive-Versorgungssyssteme

Erster bidirektionaler 6-Phasen DC/DC-Controller für 12-48V

9. November 2016, 9:56 Uhr | Hagen Lang

Intersil bietet den ersten bidirektionalen 6-Phasen PWM-Controller an, der eine Abwärts- und Aufwärtswandlung (Buck/Boost) zwischen 12- und 48V-Bussen in Fahrzeugen ermöglicht.

Ein einzelner Automotive-qualifizierter ISL78226 von Intersil liefert bis zu 3,75 kW Leistung mit einem Wirkungsgrad von mehr als 95%. Er lässt sich für höhere Leistung in eine modulare Master-/Slave-Architektur integrieren. Der Controller ermöglicht weniger Abgase und eine bessere Kraftstoffeffizienz bei Hybrid-Fahrzeugen mit Verbrennungs- und Elektromotor (Mild Hybrid).

Die Einführung von 48V-Automotive-Systemen soll bis 2020 den CO2-Ausstoß um 15% senken, den Kraftstoffverbrauch verringern, Energie zurückgewinnen, die durch das Bremsen verloren geht und für Start/Stopp-Mild-Hybrid-Fahrzeuge ein hohes Drehmoment im unteren Drehzahlbereich ermöglichen.

Das 48V-Bordnetz wird benötigt, um kommende energieeffiziente elektrische Systeme zu betreiben, die mehr Leistung benötigen als dies mit dem derzeitigen 12V-Subsystem möglich ist. Um Gewicht einzusparen werden viele herkömmliche mechanische/hydraulische Systeme wie die Servolenkung, Wankstabilisierung, Heizung und Klimaanlage mit elektrischen 48V-Antrieben ausgestattet.

Ein neuer elektrischer Turbolader stellt PS und Drehmoment auf Verlangen bereit und ermöglicht somit den Einsatz kleinerer und effizienterer Verbrennungsmotoren, ohne das Fahrerlebnis zu beeinträchtigen. Ein Hochleistungs-Starter/Generator ersetzt die 12V-Lichtmaschine, reduziert Lärm und Vibrationen beim Anlassen des Motors und ermöglicht beim regenerativen Bremsen die Rückgewinnung des bis zu 4-fachen Werts an verfügbarer kinetischer Energie. Der 12V-Bus und 12V-Akku unterstützen leichtere Lasten wie die Zündung, Innenbeleuchtung, Navigations- und Audiosysteme.

Früher benötigten 48V-Systeme einen DSP mit komplizierter Firmware und/oder separate Buck- und Boost-Controller, zusammen mit Leistungsstufen und komplexer Schaltlogik. Im Vergleich zu früheren 48V-Designs erübrigt ein einzelner ISL78226 nun diesen Aufwand. Der Controller reagiert auf sich ändernde Lastanforderungen durch automatisches Hinzufügen oder Abschalten von Phasen, um die Systemeffizienz zu maximieren. Er handhabt auch eine abrupte Änderung der Leistungswandlungsrichtung. Fällt zum Beispiel der 48V-Starter/Generator während der Fahrt aus, kehrt der ISL78226 DC/DC-Controller die Leistungswandlungsrichtung automatisch um, sodass der 12V-Akku vorübergehend die 48V-Subsysteme versorgt, wie z.B. die elektrische Servolenkung, damit das Fahrzeug sicher an den Straßenrand gelenkt und gestoppt werden kann.

Der ISL78226 enthält auch eine digitale PMBus-Schnittstelle für die Systemsteuerung, Telemetrie und Diagnosefunktionen, um die Anforderungen an die funktionale Sicherheit nach ISO 26262 zu erfüllen. Der Limp-Home-Modus des Controllers reduziert den Strom im Falle eines schwerwiegenden Fehlers. Das Fahrzeug kann dann zur Reparatur nach Hause oder in die nächste Werkstatt gefahren werden.

»Der hohe Integrations- und Funktionsgrad des ISL78226 vereinfacht die Entwicklung robuster 48/12V-Bordnetze für Fahrzeughersteller«, erklärte Philip Chesley, Senior Vice President Precision Products bei Intersil. »Entwickler müssen keine Digital-Power-Experten sein oder mehrere Buck- und Boost-Controller sowie weitere erforderliche Schaltkreise mit einbeziehen, um ein 48V-Mild-Hybrid-Design zu erstellen.«

Leistungsmerkmale und Spezifikationen des ISL78226

•             Bidirektionaler, synchroner 6-Phasen 12-48V Controller zur Spannungs- und Stromregelung
•             Master/Slave-Architektur unterstützt bis zu vier parallel geschaltete ICs
•             Phase-zu-Phase-Durchschnittsstromverteilung und mittlerer Stromausgang mit +/- 1.5% Genauigkeit
•             Zyklusweise Spitzenstrombegrenzung, Begrenzung des negativen Stroms und digital programmierbare Durchschnittsstrombegrenzung
•             Analoge/digitale Regelung der Ausgangsspannung
•             Wählbare Phasenabschaltung und Diodenemulation für mehr Effizienz bei geringer Last
•             Phasenabschaltung über die Companion ISL78420 FET-Treiber mit Tri-Level-Eingang
•             Programmierbare automatische Auffrischimpulse über Treiber-Bootstrap-Kondensator
•             Versorgungs- und Taktredundanz für funktionale Sicherheit
•             Umfassender Schutz mit wählbarer Hiccup- oder Latch-off-Fehlerreaktion, und digital programmierbare Warn- und Fehlerschwellenwerte
•             Dual-Ausgang Flyback-Controller und Linearregler mit einstellbarem 200mA-Ausgang
•             AEC-Q100 Grad-1-qualifiziert für einen Betrieb zwischen -40 und +125 °C

Der bidirektionale, synchrone 6-Phasen 12-48V DC/DC-Controller ISL78226 ist ab sofort im 64-poligen, 10 mm x 10 mm TQFP-Gehäuse zum Preis von 6,95 US-$ (ab 1000 Stück) erhältlich. Das Evaluierungsboard ISL78226EVAL1Z steht ebenfalls zur Verfügung.