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Effiziente System-ICs für Türanwendungen

Bereit für neue Aufgaben

27. März 2018, 13:00 Uhr | Von Giovanni Torrisi, Fritz Burkhardt und Manuel Gärtner

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Weitere Trends und Neuerungen

Ein größerer Umfang an Elektronik und zusätzliche Funktionen im Fahrzeug stellen ein wichtiges Verkaufsargument der Automobilverkäufer dar. Allerdings hat der Trend einen erhöhten Energiebedarf zur Folge. Daher wird die Stromaufnahme jeder einzelnen Komponente unter verschiedensten Bedingungen und Anwendungsfällen analysiert. Besonders bei rein elektrisch betriebenen Autos schlägt sich die Energieeffizienz direkt in der Reichweite des Fahrzeugs nieder. Gerade bei Fahrzeugen mit umfangreicher Elektronikausstattung sind daher Komponenten erforderlich, mit denen sich die Ruhestromaufnahme weitestgehend minimieren lässt.

Daher beinhalten die vorgestellten System-ICs verschiedene Low-Power-Modi. Im Einzelnen betrifft das die sogenannten Stand-by/Sleep-Modi mit konfigurierbarer zyklischer Kontaktabfrage und Versorgung externer Kontakte. Zusätzlich sind dedizierte, auf die Anwendung entwickelte, Spannungsregler mit besonders geringer Ruhestromaufnahme und interne Timer integriert. Bei früheren Generationen mit zwei erforderlichen ICs lag die Stromaufnahme noch bei 15 bis 20 µA. Durch den sogenannten „Vbat_standby-Modus“ liegt der Wert nun bei unter 10 µA. In der Konfiguration wird die Spannungsversorgung des Mikrocontrollers abgeschaltet bis ein Weckereignis, wie beispielsweise eine Kommunikation über LIN- oder High-Speed-CAN-Netzwerk oder über externe Kontakte, erkannt wird

Die High-Side-Treiber zur Ansteuerung von LEDs verfügen über eine automatische Korrektur des Tastverhältnisses in der Pulsweitenmodulation (PWM) und gleichen die Schwankungen in der Versorgungsspannung selbstständig aus. Dadurch wird eine gleichmäßige Helligkeit der LEDs erreicht, ohne die Rechenleistung des Mikrocontrollers unnötig zu beanspruchen. Hierzu wird im Chip die Versorgungsspannung gemessen und über einen integrierten Algorithmus ein Korrekturfaktor errechnet. Der Treiberausgang wird anschließend mit dem korrigierten Signal angesteuert. Der Algorithmus kann über Serial Peripheral Interface (SPI) an LEDs mit unterschiedlichen Charakteristiken oder seriell verschaltete LEDs angepasst werden. Die Funktion reduziert sowohl die erforderliche Rechenleistung als auch die SPI-Kommunikation bei der Ansteuerung von LEDs.

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Bauteilschutz und funktionale Sicherheit

Eine weitere Verbesserung stellt das Konzept thermischer Cluster dar. Gruppen von Leistungsausgängen verfügen dabei über je einen eigenen Temperatursensor auf dem Silizium. Im Falle einer Übertemperaturerkennung, beispielsweise als Folge eines Kurzschlusses oder einer Überlast, wird lediglich die betroffene Gruppe von Ausgängen abgeschaltet. Alle anderen Funktionen und Ausgänge bleiben aktiv.

Um die Anforderungen an funktionale Sicherheit für den Fensterheber zu erfüllen, wird das System im Fehlerfall zuverlässig in einen sicheren Zustand versetzt. Die Funktion ist auf dem Silizium ein eigenständiger Funktionsblock, der durch eine „Deep-Trench-Isolation“ vom restlichen Chip getrennt ist. Der Block verfügt über eine separate Versorgung und einen eigenen Oszillator, sodass ein Höchstmaß an Ausfallsicherheit gewährleistet ist. Selbst bei einem Verlust der Versorgungsspannung wird die externe Leistungsbrücke über ein sogenanntes „Selbstbiasing“ in den geforderten Aus-Zustand gebracht, um ein ungewolltes Verfahren der Fenster im Fehlerfall zu vermeiden.

Modulare Architektur

Die applikationsspezifischen System-ICs der L99DZ100-Familie wurden entwickelt, um die aktuellen Anforderungen an Türsteuergeräte zu erfüllen. Zukünftig werden noch weitere Funktionen hinzukommen.

Die Architektur der Bausteine ist deshalb bereits heute modular aufgebaut. Daher können durch Erweiterung oder Austausch einzelner Funktionen jeweils neue ICs mit maßgeschneiderten Funktionen realisiert werden. Auch können neue Anwendungsfelder, jenseits der Türelektronik, bedient werden, wie beispielsweise die Heckklappenelektronik oder die Ansteuerung von Schiebe-Hebedächern. Die Anforderungen sind jeweils ähnlich und so werden in Kürze auch dedizierte Bausteine für weitere Anwendungen von STMicroelectronics zur Verfügung stehen.

Die Autoren

Fritz Burkhardt

ist seit 2000 für STMicroelectronics tätig und arbeitet im EMEA Marketing & Application Team Automotive als Senior Technical Marketing Engineer. Der Fokus liegt auf anwendungsspezifischen System-ICs für Karosserieanwendungen.

Manuel Gärtner

war zunächst bei Infineon Technologies als Entwicklungsingenieur für Smart Power Products und als Forschungsingenieur am Fraunhofer Institut für Siliziumtechnologie und an der Universität Berlin tätig. Seit 1999 arbeitet er für STMicroelectronics als Senior Team Leader und Marketing Manager für ASSP/ASIC und Power Discrete Devices. Herr Gärtner veröffentlichte bereits mehrere Artikel über Leistungselektronik und hält verschiedene Patente.

Giovanni Torrisi

kam 1995 zu STMicroelectronics. Als IC-Designer war er auf dem Gebiet der Leistungselektronik (Entwicklung von elektronischen Zündungen und AC/AC-Wandlern für Halogenlampen) tätig und hält mehrere Patente. Im Jahr 2002 trat er dem technischen Marketingteam bei und arbeitet derzeit als Marketing Manager.