Startseite > Automotive > Assistenzsysteme > Synchroner, monolithischer Abwärtsregler reduziert Platzbedarf

Fit für ADAS

Synchroner, monolithischer Abwärtsregler reduziert Platzbedarf

19. April 2016, 14:49 Uhr | Von Tony Armstrong

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

IC-Anteil von ADAS

Im Zentrum der meisten hochentwickelten Fahrerassistenzsysteme gibt es eine Art Mikroprozessor, um die gesamten Eingaben von den unterschiedlichen Sensoren innerhalb des Fahrzeugs zu verarbeiten. Das erfolgt so, dass die Information dem Fahrer einfach in einer Art und Weise präsentiert werden kann, sodass er sie einfach sehen und verstehen kann. Darüber hinaus werden diese Systeme üblicherweise direkt aus der Batterie des Fahrzeugs versorgt, die eine Spannung von nominal 9 V bis 18 V hat. Diese kann aber wegen Spannungsspitzen im System auf bis zu 42 V ansteigen und bei einem Kaltstart auf bis zu 3,5 V absinken. Deshalb ist klar, dass jeder hier eingesetzte Spannungsregler einen breiten Eingangsspannungsbereich von 3,5 bis 42 V haben muss.

Jobangebote+ passend zum Thema

Regional Key Account (m/w/d) für Elektronische Bauteile

KOA Europe GmbH, Dägeling

Alle Jobangebote im Elektroniknet Karrierebereich anzeigen

Viele ADAS werden einen 5-V- und einen 3,3-V-Pegel benötigen, um die unterschiedlichen analogen und digitalen ICs zu versorgen; es sind jedoch die I/Os des Prozessors und seine Core-Spannungen, die im Sub-2-V-Bereich liegen. Zusätzlich gibt es noch Platz- und Temperatureinschränkungen, die in Betracht gezogen werden müssen. Während es in der Regel üblich ist, einen Hochspannungs-Umsetzer für einen Spannungspegel von 5 V und 3,3 V zu verwenden, ist der Einsatz solcher Regler für Spannungspegel unter 2 V wegen der großen Ausmaße der Lösung durch den Einsatz von mehreren Reglern mit nur einem Ausgang und wegen potenzieller thermischer Begrenzungen nicht immer praktikabel. Eine bessere Lösung ist es, einen einzigen Spannungsregler mit mehreren Ausgängen zu benutzen.

Aufgrund dieser Einschränkungen entwickelte Linear Technology seinen synchronen, monolithischen Abwärtsregler mit vier Ausgängen, den LT8602. Durch seinen Eingangsspannungsbereich von 3 bis 42 V eignet er sich für Automobilanwendungen, einschließlich ADAS, die auch während Kaltstart- und Start-Stopp-Bedingungen exakt geregelt werden müssen, mit minimalen Eingangsspannungen von 3 V und Load-Dump-Spannungsspitzen von über 40 V. Wie sich in Bild 1 erkennen lässt, kombinieren seine vier Kanäle zwei Hochspannungs-2,5-A- und 1,5-A-Kanäle sowie zwei 1,8-A-Kanälen mit geringerer Spannung, um vier unabhängige Ausgänge zu realisieren, die Spannungen bis hinunter zu 0,8 V liefern. Das ermöglicht es, die Mikroprozessorkerne mit einer äußerst niedrigen Spannung zu versorgen. Seine synchrone Gleichrichter-Topologie hat bis zu 94 Prozent Wirkungsgrad, wobei im Burst-Mode-Betrieb der Ruhestrom (alle Kanäle eingeschaltet) im lastfreien Standby-Betrieb unter 30 µA liegt, was ihn ideal für ständig eingeschaltete Systeme macht.

Für rauschempfindliche Applikationen kann der LT8602 mit einem kleinen externen Filter seinen Pulse-Skipping-Betrieb nutzen, um das Schaltrauschen zu minimieren und auch die Anforderungen der CISPR25, Klasse 5 EMI (Bild 2), zu erfüllen. Die Schaltfrequenz des Bausteins lässt sich zwischen 250 kHz und 2 MHz programmieren und in diesem Bereich synchronisieren. Seine minimale Einstellzeit von 60 ns erlaubt Abwärtsregelungen bei 2 MHz Schaltfrequenz von 16 V am Eingang auf 2,0 V auf den Hochspannungskanälen. Weil der Hochspannungskanal UOUT2 die beiden Kanäle mit geringeren Spannungen (UOUT3 und UOUT4) speist, können diese Ausgangsspannungen bis hinunter zu 0,8 V liefern und auch bei 2 MHz schalten, was zu einer sehr kompakten (rund 25 mm × 25 mm) Lösung mit vier Ausgängen führt, die in Bild 3 gezeigt ist. Neben den minimierten Maßen der Lösung erlaubt die Schaltfrequenz des LT8602 den Entwicklern, kritische rauschempfindliche Frequenzbänder zu vermeiden, beispielsweise AM-Radio. Jeder Kanal des IC behält eine minimale Dropout-Spannung von 200 mV (bei 1 A) unter allen Betriebsbedingungen bei.

Programmierbare Anzeigen für das Einschalten nach einem Reset und für Power Good für jeden Kanal helfen dabei, die Zuverlässigkeit des Systems insgesamt sicherzustellen. Das thermisch verbesserte, 6 mm × 6 mm große QFN-Gehäuse mit 40 Anschlüssen und die hohe Schaltfrequenz halten die externen Spulen und Kondensatoren klein, was wiederum in kompakten und thermisch effizienten Maßen resultiert. Zusätzlich ermöglichen neue Entwicklungstechniken und ein neuer schneller Fertigungsprozess einen hohen Wirkungsgrad über einen weiten Eingangsspannungsbereich, während die Strom-Modus-Topologie des LT8602 ein schnelles Einschwingverhalten und eine hervorragende Schleifenstabilität gewährleistet.

Literatur

[1] www.who.int/topics/injuries_traffic/en/
[2] www.nhtsa.gov/Data/Traffic+Records
[3] www.alliedmarketresearch.com/ADAS-market
[4] www.oecd-ilibrary.org/transport/road-safety-annual-report-2015_irtad-2015-en
[5] ec.europa.eu/transport/road_safety/specialist/statistics/index_en.htm

Der Autor

Tony Armstrong
studierte Mathematik an der Universität in Manchester, England. Bevor er im Jahr 2000 zu Linear Technology wechselte, arbeitete er unter anderem bei Fairchild, Siliconix, Semtech und Intel. Bei Linear Technology ist er als Product Marketing Manager für den Bereich Power Products verantwortlich, d.h. für den gesamten Produktlebenszyklus von der Produktdefinition bis zur Abkündigung.

Tony Armstrong

studierte Mathematik an der Universität in Manchester, England. Bevor er im Jahr 2000 zu Linear Technology wechselte, arbeitete er unter anderem bei Fairchild, Siliconix, Semtech und Intel. Bei Linear Technology ist er als Product Marketing Manager für den Bereich Power Products verantwortlich, d.h. für den gesamten Produktlebenszyklus von der Produktdefinition bis zur Abkündigung.

tarmstrong@linear.com