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VIPower M0-7 Highside-Treiber

Intelligente Leistungs-Transistoren für Automotive

9. November 2015, 14:20 Uhr | Karin Zühlke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Multisense-Diagnose

Die analoge Strommessung der M0-7-Highside-Treiber, auch Current Sense genannt, ermöglicht eine präzise Messung des Laststroms über einen weiten Strombereich bis hin zu kleinsten Strömen im Bereich von 10 mA. Der primäre Nutzen des Current Sense ist die Überwachung der angeschlossenen Last(en) und die Lastabriss-Erkennung. Darüber hinaus wird ein Überlast-Zustand, hervorgerufen durch Kurzschluss des Ausgangs oder Auslösung der integrierten Leistungs- oder Strombegrenzung zum Eigenschutz des Treibers, durch ein digitales Flag am MultiSense Pin des Treibers angezeigt. Der Highside-Treiber schaltet hierbei von einer analogen Stromquelle auf einen Spannungspegel von 5,5 V (VsenseH Signal). Damit kann der Microcontroller die Überlastung des Treibers zeitnah diagnostizieren und den Treiber abschalten.

Zusätzlich zum Current Sense bieten die M0-7-Highside-Treiber weitere, neue Diagnosemöglichkeiten: die Messung der lokalen Versorgungsspannung (Vcc-Sense) und der Chip-Temperatur (Tchip-Sense). Hierfür werden diese Sense-Signale auf demselben Sense Pin zur Verfügung gestellt, der aus diesem Grund MultiSense Pin genannt wurde. Das gewünschte Signal (CS, Vcc-Sense oder Tchip-Sense) kann vom Microcontroller mit Hilfe des im Treiber integrierten Sense-Multiplexers angewählt werden. Ein Sense Enable Pin aktiviert die Diagnose bzw. schaltet den kompletten Sense-Block zur Reduktion der Stromaufnahme in Hi-Z (siehe Bild 2).

"Das lässt sich nutzen, z.B. um mit Hilfe einer Vcc- sowie Strom-Messung die Leistungsabgabe präzise zu ermitteln oder mit Hilfe der Chiptemperatur-Messung eine Überlasterkennung bei kleinen PWM-Tastgraden zu realisieren, wenn die Ansteuerzeit des Ausgangs kürzer ist als die Einschwingzeit der analogen Strommessung", erklärt Michael Lütt. "Darüber hinaus bietet der Aufbau des Sense-Blocks die Möglichkeit, Microcontroller-Eingangspins zu sparen, indem sich mehrere M0-7-Treiber in einem System eine Sense-Leitung und den Sense-Widerstand teilen. Dies wird mit Hilfe des Sense Enable möglich, wenn immer nur die Diagnose eines Treibers angewählt wird."

Fault Reset

Zum Eigenschutz der Highside-Treiber und zur Sicherstellung einer definierten Mindest-Robustheit sind ausgefeilte Mechanismen wie Leistungsbegrenzung, Strombegrenzung und Übertemperatur-Abschaltung bereits seit Jahren Stand der Technik. Die M0-7-Highside-Treiber bieten darüber hinaus dem Anwender die Möglichkeit, die Reaktion des Treibers auf Überlastung zu konfigurieren. Das geschieht mit Hilfe des FaultRST Pin. Durch ein logisches LOW am FaultRST Pin reagieren die Treiber bei Überlast mit thermischen Takten, wobei der Strom in zwei Stufen aktiv begrenzt wird. "Das hält die thermische Verlustleistung in Grenzen, was wiederum die Lebensdauer der Treiber verlängert und ihre Robustheit erhöht", so Mathias Müller. Außerdem schalten die Treiber bei Erreichen einer Übertemperaturschwelle ab. Durch ein logisches HIGH am FaultRST-Pin hingegen können die Highsidetreiber "latchend" konfiguriert werden. "Das heißt, dass sie schon beim Einsatz der Leistungsbegrenzung abschalten." Die Leistungsbegrenzung limitiert thermische Gradienten auf dem IC, um zu große thermomechanische Beanspruchung und vorzeitige Bauteilalterung zu vermeiden. Nach der Abschaltung bleibt der Treiber zunächst verriegelt, so dass der Microcontroller die Ursache der Überlastung diagnostizieren kann. Durch ein kurzzeitiges LOW am FaultRST Pin wird der Treiber wieder entriegelt und kann erneut eingeschaltet werden. "Das geht auch im laufenden Betrieb", so Müller. "Dadurch kann der Anwender die Vorteile des "Auto-Restart" mit denen des "Latch-off " kombinieren. So könnte zum Beispiel beim Einschalten einer Last mit Anlaufstromverhalten der M0-7-Treiber im Auto-Restart konfiguriert werden, um die Last einzuschalten und zu erwärmen. Nach dem Kaltstart kann er dann latchend konfiguriert werden, so dass er bei Überlast - etwa durch einen harten Kurzschluss - abschaltet, bis das System die Überlast erkannt hat."

Diese Mechanismen erlauben dem Anwender, insbesondere leistungsstarke Verbraucher in definierter Zeit einzuschalten und auf Überlastungs-Szenarien flexibel zu reagieren, wodurch eine optimale Lebensdauer und Robustheit der Ausgangstreiber erreicht wird.

Verhalten bei
Batteriespannungs-Einbrüchen

"Noch ein Alleinstellungsmerkmal der M0-7 Treiberfamilie ist die hervorragende Performance, wenn Batterie-Spannungseinbrüche auftreten", beschreibt Michael Lütt. Starke Spannungseinbrüche gibt es insbesondere beim Anlass-Vorgang, während die Batteriespannung deutlich einbricht. "Marktübliche Highside-Treiber schalten bereits unter 4,5 V aufgrund Unterspannung ab. Die M0-7-
Modelle hingegen arbeiten standardmäßig bis 4 V - zwei neue Derivate, der VND7050AJ12 und der VND7140AJ12, sogar bis 2,85 V."
Damit erfüllen diese beiden Typen die Anforderungen einschlägiger Normen wie LV124 und ISO16750-2 und sind für alle Lasten prädestiniert, die während des Anlassens unterbrechungsfrei arbeiten müssen, z.B. das Starter-Relais. (zü)