Power-Management 48V/12V-Synchron-Abwärts-/Aufwärtsregler-Controller

Bidirektionaler DC/DC-Abwärts-/Aufwärtsregler-Controller.
Bidirektionaler DC/DC-Abwärts-/Aufwärtsregler-Controller.

Der LTC3871 von Linear Technology ist ein bidirektionaler 100V/30V-Zwei-Phasen-Synchron-Abwärts-/Aufwärtsregler-Controller, der sich für Anwendungen in Fahrzeugen mit zwei Batterien (48 V und 12 V) eignet.

Der LTC3871 von Linear Technology adressiert folgendes Problem: Wegen der ständig zunehmenden Anzahl elektronischer Systeme im Fahrzeug stoßen aktuelle 12-V-Bordnetze an ihre Leistungsgrenze von 3 kW. Der LV148-Standard kombiniert das herkömmliche 12-V-Bordnetz mit einem zusätzlichen 48-V-Bordnetz. Das 48-V-Netz umfasst einen Riemen-Starter-Generator oder integrierten Starter-Generator (BSG oder ISG), einen 48-V-Lithium-Ionen-Akku und einen bidirektionalen Gleichspannungswandler, der aus den kombinierten 48-V- und 12-V-Batterien bis zu 10 kW Leistung herausholt. Diese Technologie ist sowohl für herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor als auch für Hybrid-Elektro- und Mild-Hybrid-Fahrzeuge vorgesehen.

Der LTC3871 unterstützt eine bidirektionale DC/DC-Regelung und ein bidirektionales Batterieladen für beide Bordnetze, 12 und 48 V. Der Controller arbeitet im Abwärtsreglermodus vom 48-V-Netz ins 12-V-Netz oder, umgekehrt, im Aufwärtsreglermodus vom 12-V- ins 48-V-Netz. Der jeweilige Modus wird über ein Steuersignal gewählt. Bis zu 12 Phasen können parallelgeschaltet und gegeneinander versetzt getaktet werden, um die Anforderungen an die Eingangs- und Ausgangsfilter in Hochstromanwendungen (bis 250 A) zu verringern. Die Current-Mode-Architektur des Controllers gewährleistet im Parallelschaltungsbetrieb eine sehr gute Phasengenauigkeit. Ein 12-phasiges Design kann sowohl im Abwärts- als auch Aufwärtsmodus eine Ausgangsleistung von bis zu 3 kW liefern.

Beim Anlassen des Motors oder bei erhöhtem Leistungsbedarf kann der LTC3871 Energie aus beiden Batterien liefern, indem er Energie von einem Bordnetz in das andere »umsetzt«. In der Regel wird das 12-V-Netz weiterhin die Zündung, die Beleuchtung sowie die Infotainment- und Audio-Systeme versorgen. Das 48-V-Netz wird Systeme wie Fahrgestellregelung, Servolenkung, Klimaanlage, elektrische Turbolader und regenerative Bremsanlagen versorgen. Bis zu 97 % Wirkungsgrad sind erreichbar, und der chip-interne Stromregelkreis begrenzt den Strom in beiden Richtungen auf den zulässigen Maximalwert. Vier Regelkreise – jeweils zwei für Strom und für Spannung – sorgen für die Strom- und Spannungsregelung in dem 48-V- oder 12-V-Bordnetz.

Der LTC3871 arbeitet mit einer wählbaren Schaltfrequenz zwischen 60 und 460 kHz und kann über den gleichen Frequenzbereich hinweg mit einem externen Taktsignal synchronisiert werden. Bei geringer Ausgangslast kann der Entwickler zwischen erzwungen-kontinuierlichem oder Pulse-Skipping-Betrieb wählen. Weitere Leistungsmerkmale und Besonderheiten sind: Überlastungs- und Kurzschlussschutz, individuelle Regelkreiskompensation für den Abwärts- und Aufwärtsmodus, EXTVCC für erhöhten Wirkungsgrad, ±1 % Spannungsregelgenauigkeit über den vollen Temperaturbereich sowie Unter- und Überspannungsabschaltung. Der LTC3871 ist AEC-Q100-qualifiziert und eigensicher nach ISO-26262.

Der LTC3871 besitzt ein thermisch optimiertes, 48-poliges LQFP-Gehäuse. Der Chip ist in Versionen für den erweiterten und den industriellen Sperrschichttemperaturbereich (–40 bis +125 °C) sowie in einer Hochtemperaturversion für den Automotive-Sperrschichttemperaturbereich von –40 bis +150 °C verfügbar.