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Neue Generation „Halbbrücken Motortreiber“ von Infineon

Integriert, leistungsfähig und platzsparend

27. November 2015, 9:21 Uhr | Karin Zühlke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Alles on-Board: Diagnose-Tools, Schutzfunktionen und Steuerung

Ein weiteres Highlight der NovalithICs sind die Diagnosefunktionen, z.B. die Strommessung. Sie hat ohne zusätzliche Maßnahmen eine Genauigkeit von mindestens ±28%. »Durch eine einfache End-of-Line-Kalibrierung kann sie ±10% erreichen, mit weiteren Maßnahmen, wie einer Temperaturkompensation, sogar ±3%«, so Dr. Johannes Breitschopf.

Zum Erkennen von Überstromsituationen nutzt die NovalithIC-Familie eine separate interne Strommessungsfunktion, die jeweils den Strom misst, der durch den HS- und im LS-Schalter fließt. Wird vom IC eine induktive Last wie ein Motor angesteuert, sorgt diese Überstromerkennung für eine Strombegrenzung durch die kurzzeitige Abschaltung des betroffenen Schalters. Der Nutzer erhält am Statuspin IS einen definierten Zustand, der im Mikrocontroller ausgewertet werden kann. Mathias Müller führt aus: »Das lässt sich auch für die Optimierung der Schaltung nutzen. Zum Beispiel können in einem Motor beim abrupten Abschalten aufgrund von Systemwirkungen hohe Sperrströme entstehen. Sie lassen sich durch eine zusätzliche Schaltung reduzieren, oder die gesamte Schaltung wird so ausgelegt, dass sie den hohen Lasten standhalten kann. Beide Methoden sind allerdings komplex und bedeuten Zusatzkosten. Anders mit dem NovalithIC, der den Strom auf den festgelegten Wert begrenzt und so alles automatisch regelt.«

Für den Übertemperaturschutz ist ein Temperatursensor auf dem Logik-Chip platziert, der sich direkt auf dem p-Kanal-MOSFET befindet. »Hierfür ist das Design des NovalithIC besonders effektiv. Während bei einer diskreten Schaltung mit externen MOSFETs die Temperatur nur grob geschätzt werden kann, lässt sie sich durch das integrierte Design des NovalithIC direkt am Objekt messen«, so Dr. Breitschopf. Der integrierte Unterspannungsschutz verhindert, dass sich der verbundene Motor bei Unterspannung unkontrolliert bewegt. Außerdem ist der NovalithIC durch eine Kombination aus Strombegrenzung und Übertemperaturschutz gegen Kurzschlüsse geschützt. Das bedeutet Sicherheit bezüglich Kurzschlüssen gegen Masse oder die Versorgungsspannung, aber auch gegen einen Kurzschluss der Last. Ein weiterer Vorteil des NovalithIC ist die einfache Steuerung: »Bei einem Halbbrücken-Design mit externen MOSFETs muss der Nutzer beispielsweise sicherstellen, dass es keine Kurzschlüsse, Querströme oder „shoot-throughs“ geben kann, wenn die MOSFETs geschaltet werden. Mit dem NovalithIC dagegen braucht der Anwender nur einen logischen Pin schalten, etwa von High nach Low, und schon kontrolliert die Treiberschaltung des NovalithIC das Schalten der MOSFETs«, führt Mathias Müller aus.

Motor Control mit eingebauter funktionaler Sicherheit

Alle NovalithICs erfüllen den AECQ-100-Standard und arbeiten bis hinauf zu Tj = 150 °C. Damit eignen sie sich prinzipiell für alle Automotive Anwendungen, z.B. Motordesigns mit Gleichstrom- bzw. Bürsten-Motoren (uni- und bidirektional) und sogar 3-Phasen-bürstenlose Motoren, außerdem Heiz-/Klimagebläse, Schiebedach-Regler und elektrisch verstellbare Sitze. Da die ICs mit bis zu 40 V betrieben werden können, lassen sie sich auch in Industrieapplikationen einsetzen, z.B. in weißer Ware und Werkzeugen. »Zudem bietet der neue Infineon-IC auch einen Vorteil für sicherheitskritische Applikationen, beispielsweise wenn zwei ICs in einem H-Brücken-Design für die bidirektionale Steuerung eingesetzt werden. Solche Designs bieten automatisch eine Redundanz in der Controller-Logik«, ergänzt Mathias Müller. »Weil jeder NovalithIC einen eigenen Steuerungschip hat, kann der Entwickler, wenn ein IC ausfällt, den Motor mit dem anderen IC sicher stoppen. Mit einem diskreten Design, in dem nur ein H-Brücken-Treiber die vier MOSFETs steuert, gibt es in diesem Fall einen kompletten Kontrollverlust, oder es müssen anderweitig Gegenmaßnahmen getroffen werden.«

Arduino-Shield für den Massenmarkt

Infineon sieht auch im Massenmarkt und im Markt der Katalogdistribution ein großes Potenzial für die NovalithIC-Familie. Aus diesem Grund hat der Hersteller ein Shield mit zwei BTN8982 entwickelt, das zu Arduino kompatibel ist. Es zielt auf jede Art von Steuerung für Bürsten-DC-Motoren mit einem bidirektionalen oder zwei unidirektionalen Motoren mit bis zu 250 W Motorleistung ab. Der NovalithIC kann bis zu 55 A treiben. Aufgrund von thermischen Einschränkungen, resultierend aus der Größe des Shields und des Layouts, wird jedoch empfohlen, das Shield nicht für den dauerhaften Betrieb mit mehr als 250 W einzusetzen. Das Design des DC-Motor Control Shield für Arduino beinhaltet auch einen Verpolungsschutz, der durch einen in der Schaltung platzierten MOSFET realisiert wird. Er ist bei Rutronik unter dem Order Code ICMOT5135 erhältlich.