Von den kleinsten PIC- und AVR-Mikrocontrollern  für Sensoren und Aktuatoren bis hin zu 32-bit-MCU- und Mikroprozessor-/MPU-Gateway-Lösungen können Entwickler jetzt jeden größeren Prozessor-Core von Microchip an jede Cloud anbinden ¿ und zwar über WLAN, Bluetooth oder Schmalband-5G-Mobilfunk.  

Komponenten 

Elektronische Bauelemente

Connectivity (Bussysteme, Telekommunikation, 4G / 5G, WLAN)

Cloud-Anbindung für MCUs 

Hirose hat die Steckverbinder-Serie FH67 für flexible Leiterplatten (FFC/FPC) eingeführt. Sie eignet sich für höhere Betriebstemperaturen als die konventionellen FFC-/FPC-Steckverbinder und ist in einem Bereich von bis zu 125 °C hitzebeständig.  

Robuster Steckverbinder für FFC/FPC  

Rohm kündigt mit der BD783xxEFJ-M Serie Class-AB-Mono-Lautsprecherverstärker mit 2,8 W Ausgangsleistung an. Die gemäß AEC-Q100-qualifizierten ICs arbeiten im Temperaturbereich von ¿40 °C bis +105 °C und eignen sich ideal für Kombiinstrumente in autonom fahrenden Fahrzeugen und ADAS.  

Akustische Signale für autonomes Fahren 

Lautsprecher-Verstärker-ICs für digitale Kombiinstrumente 

Die Phoenix Mecano Gesellschaften Hartmann Codier GmbH und PTR HARTMANN GmbH haben in den letzten Jahren ihre Zusammenarbeit in den Bereichen Produktion, Logistik und Vertrieb immer weiter vertieft. Als nächsten Schritt wurden beide Gesellschaften zum 1. April 2020 verschmolzen. Dabei ist die Hartmann Codier GmbH in der PTR HARTMANN GmbH aufgegangen. 

Unternehmensfusion 

Hartmann Codier GmbH ist in PTR HARTMANN GmbH aufgegangen 

Der Fachverband der Bauelemente Distribution e.V. (FBDi e.V.) meldet die Quartalszahlen des Marktes für elektronische Bauelemente in Deutschland. Demnach gibt die Distribution im ersten Quartal 2020 weiter nach. Die Auftragslage verbessert sich leicht, auf niedrigem Niveau.  

Marktzahlen 

Corona-Krise bremst Entwicklung in der deutschen Bauelemente-Distribution  

Mit den neuen Grade-0-Bausteinen können Entwickler Hochtemperatur-Automotive-Designs vereinfachen sowie die Signalisolation und die Leistungsfähigkeit der Bordnetzwerke verbessern. 

Hochspannungsschutz 

Grade-0-Digitalisolator  

TDK präsentiert das komplett überarbeitete Datenbuch zu Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren mit den Anschlussformen Schraubanschluss, Snap-in, Axial und Single-ended.  

Alu-Elkos auswählen 

Datenbuch zu Aluminium-Elkos 

Nexperia hat bekannt gegeben, dass seine GaN-FET-Technologie die Serienreife erreicht hat und ausreichend skalierbar ist, um den Anforderungen von Applikationen, die hohe Volumen benötigen, gerecht zu werden.  

Leistungselektronik 

GaN-FET mit hohem Wirkungsgrad  

Das Fraunhofer IPMS entwickelt echtzeitfähige IP-Cores für den Automotive-Bereich, die den Ethernet-Standard des Time Sensitive Networking erfüllen.  

Ethernet-IP-Cores 

TSN IP-Core Familie für Fahrerassistenzsysteme 

Osram erweitert mit der Oslon Piccolo sein Photonik-Portfolio für Auto-Interior-Anwendungen. Durch Gestenerkennung entstehen völlig neue Nutzungsmöglichkeiten von Displays. Wird man zu einem Zielort navigiert, zeigt das Fahrzeug beispielsweise eine Karte mit der entsprechenden Route an.  

Gestensteuerung 

Kompakte Infrarot-LED für Gestensteuerung 

STMicroelectronics hat drei Functional-Safety-Pakete vorgestellt, mit denen die Entwicklung sicherheitskritischer Automobil-Produkte auf Basis der Mikrocontroller und Mikroprozessoren der Familien STM32 und STM8 einfacher wird.  

Funktionelle Sicherheit 

Functional-Safety-Pakete für STM32 und STM8	 

Vicor präsentiert einen Chipsatz für GPUs, CPUs und ASICs, die direkt aus einer 48-V-Spannung versorgt werden. Ein Treiber und zwei Strommultiplizierer-Module liefern bis zu 650 A Dauerstrom sowie einen Spitzenstrom von 1200 A.  

Mehr Performance für KI-Anwendungen 

Chipsatz für KI-Beschleunigerkarten  

Infineon Technologies ergänzt sein Angebot an CoolSiC MOSFETs mit einer weiteren Sperrspannungsklasse. Nach dem Launch der diskreten 650-V-SiC-MOSFETs zu Beginn dieses Jahres, folgt jetzt die 1700-V-Kategorie, ebenfalls auf Basis der proprietären Trench-Halbleitertechnologie. Diese nutzt die Eigenschaften von Siliziumkarbid (SiC).  

Effizienz und reduzierte Komplexität 

CoolSiC MOSFET für Hilfsstromversorgungen  

Valens kündigt die VA7000-Chipsatz-Familie an, eine hardwarebasierte Lösung, die für asymmetrische Verbindungen ohne Software-Stack optimiert ist. Sie garantiert eine hochleistungsfähige, vereinfachte Architektur, die zu einer Verringerung der Komplexität von Kabelbäumen und somit zu niedrigeren Gesamtsystemkosten führt.  

Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung  

Sensor-Konnektivität mit bis zu 16 Gbit/s  

Die Vorteile bürstenloser Gleichstrommotoren (BLDC) haben scheinbar so gut wie alle motorisierten Anwendungen durchdrungen – viele werden aber immer noch mit bürstenbehafteten DC-Motoren realisiert. Denn die zu erzielenden Effizienzverbesserungen rechtfertigen das komplexere Design und die Kosten von BLDC-Motor Implementierungen oftmals nicht.

Fahrzeugbesitzer profitieren schon lange vom Einsatz elektrischer Motoren und den damit verbundenen Vorteilen der Elektrifizierung, die für viele wahrscheinlich mit elektrischen Fensterhebern begann. Anstatt sich beim Verlassen eines Parkplatzes oder beim Drive-in mit dem Kurbelhebel herumzuschlagen, genügt ein einfacher Knopfdruck, um das Fenster zu öffnen und wieder zu schließen. Bei Fahrzeugen, die von mehreren Fahrern genutzt werden, kommt es häufig zu der Situation, dass der Sitz scheinbar immer für den anderen Fahrer konfiguriert ist. Hier sind häufig mehrere Motoren mit einer Speicher-/Memory-Funktion integriert, sodass jeder Fahrer mit einem einzigen Knopfdruck seine bevorzugte Fahrposition einnehmen kann. Und im Familien-Van können selbst die kleinsten Passagiere die Schiebetür dank Motorisierung problemlos öffnen und schließen.

Die Vorteile bürstenloser Gleichstrommotoren (BLDC) haben scheinbar so gut wie alle motorisierten Anwendungen durchdrungen – viele der hier aufgeführten werden aber immer noch mit bürstenbehafteten DC-Motoren realisiert. Dies liegt daran, dass die zu erzielenden Effizienzverbesserungen das komplexere Design und die Kosten von BLDC-Motor-Implementierungen nicht rechtfertigen. Bei einer Kraftstoffpumpe, die während der gesamten Fahrt in Betrieb ist, sind die längere Lebensdauer und die Energieeinsparungen eines BLDC-Motors offensichtlich. Aber bei motorbetriebenen Anwendungen, die eine nicht so präzise Regeldynamik erfordern oder nur einige Sekunden, vielleicht ein- oder zweimal pro Fahrt eingesetzt werden, kommen die Vorteile bürstenbehafteter DC-Motoren zum Tragen.

Geht es um das Design der Steuerelektronik für DC-Motoren, haben Entwickler die Qual der Wahl. Ein Mikrocontroller (MCU) bildet die Basis des Steuergerätes (ECU), empfängt Steuersignale typischerweise über CAN oder LIN und wandelt diese in Motorkontrollsignale um. Diese müssen dann die Leistungsschalter (meist MOSFETs) ansteuern, an die der Motor angeschlossen ist. Die MOSFETs befinden sich in einer H-Brückenkonfiguration. Dadurch kann der Motor in beide Richtungen drehen und mithilfe eines pulsbreitenmodulierten (PWM) Signals die Drehzahl des Rotors gesteuert werden. Die Logikausgänge der MCU liefern jedoch nicht genügend Strom, um die MOSFETs direkt durchzuschalten. Daher sind Gate-Treiber erforderlich, die die Logikausgänge der MCU auf Leistungspegel erhöhen, die zur Ansteuerung der MOSFETs erforderlich sind.

Der einfachste Weg solche Systeme zu partitionieren, ist nach Funktion: MCU, Pre-Driver, H-Brücke (Bild 1). Da die Entwickler unter dem Druck stehen, kompaktere und zuverlässigere Designs bereitzustellen, sind alternative, höher integrierte Ansätze erforderlich. Die Integration von MCU und Pre-Driver ist eine Möglichkeit. Der Nachteil dabei ist, dass die Wiederverwendbarkeit der MCU womöglich eingeschränkt ist, sollten sich die Pre-Driver Anforderungen in Folgeprojekten ändern. Ist die MCU Software vorhanden, getestet und sicherheitsgeprüft, stellt eine dann notwendige Portierung der Software eine erhebliche Hürde dar.

Möchte man die MCU jedoch beibehalten, besteht die Alternative darin, einen Motortreiber (MCD; Motor Control Driver) zu verwenden, der den Pre-Driver und die H-Brücke integriert. Zukünftige Projekte mit veränderten Motoranforderungen können unter Beibehaltung der MCU mithilfe eines maßgeschneiderten MCD aus dem verfügbaren Lineup realisiert werden.

Toshiba erweitert sein Angebot an integrierten 12-V-Pre-Driver/H-Brücken um die kürzlich eingeführten TB9053FTG und TB9054FTG. Diese 2-Kanal-DC-Motortreiber werden in robuster BiCD-Technologie gefertigt und kombinieren die Vorteile der Bipolar-, CMOS- und DMOS-Technik. Jeder Baustein hat zwei integrierte H-Brücken, die zugehörigen Pre-Driver sowie Diagnose- und Kontrollfunktionen. Betriebs- und etwaige Fehlerzustände können mittels der SPI Schnittstelle detailliert ausgelesen werden.

Die DC-Motortreiber lassen sich im SMALL-Modus mit bis zu zwei 5-A-Motoren oder im LARGE-Modus mit beiden Kanälen parallel geschaltet betreiben, um einen Motor mit bis zu 10 A anzusteuern (Bild 2). Der BiCD-Prozess garantiert, dass die Bauteile einen entsprechend niedrigen Schaltwiderstand aufweisen (290 mΩ pro Halbbrücke bei Tj=150 °C). Dies reduziert die Verlustleistung und die sich daraus ergebende Wärmeentwicklung. Um die Anzahl der erforderlichen externen Bauelemente zu minimieren, sind die Kondensatoren für die Ladungspumpen des Pre-Drivers bereits integriert. Das Design ist so ausgelegt, dass ein 100% PWM-Tastverhältnis gewährleistet ist.

Die Ansteuerung der Motortreiberbausteine kann über die PWM-Ausgänge einer MCU erfolgen. Die vier integrierten Halbbrücken verfügen über separate PWM-Eingänge, die zwischen 1 und 20 kHz betrieben werden können. Wobei die Totzeiteinfügung automatisch erfolgt. Weitere MCD Eingänge sind für die Konfiguration und Enable/Disable vorgesehen.

Über die serielle SPI-Schnittstelle hat man Zugriff auf eine Vielzahl von Konfigurationsmöglichkeiten und Diagnosedaten. Ferner können die Treiberbausteine über SPI kaskadiert werden, um mehrere Motorgruppen zu betreiben. Ein Überstromschwellwert, der als Chopper-Strombegrenzung implementiert ist, lässt sich im SMALL-Modus zwischen 4,6 und 6,5 A oder im LARGE-Modus zwischen 9,2 und 13 A einstellen.

Die DC-Motoren lassen sich über den Motortreiber sogar vollständig über SPI ansteuern (Bild 3). Ein integrierter eigener 16-MHz-Oszillator und ein PWM-Generator reduzieren die Anzahl der erforderlichen Signale, die die MCU liefern muss. Alternativ kann ein einzelner MCU-Taktausgang als Zeitbasis verwendet werden. Fällt dieses externe Signal wegen einem Fehlerfall aus, dient der interne Oszillator als Ersatz.

Um EMV-Anforderungen (Elektromagnetische Verträglichkeit) gerecht zu werden, bietet der TB905xFTG sieben Stufen für die Regelung der Flankensteilheit (Slew-Rate) für die MOSFET Ansteuerung (Bild 4).

Der schon angesprochene niedrige Durchlasswiderstand trägt dazu bei, die Wärmeentwicklung minimal zu halten. Die entstehende Wärme lässt sich über das thermisch optimierte Gehäuse des TB9053FTG verbessert abführen. Ein zusätzlicher integrierter Metallkern führt zu einem geringen Wärmewiderstand von nur 0,67 °C/W.

Das für den TB9054FTG verwendete Gehäuse ist ein 6 mm × 6 mm Wettable-Flank-VQFN mit 0,5 mm Pin-Abstand, wodurch sich dieser AEC-Q100 Baustein für die automatisierte optische Inspektion (AOI) eignet.

Während viele motorisierte Anwendungen mit bürstenlosen DC-Motoren ausgestattet werden, gibt es nach wie vor eine Vielzahl von Automotive-Systemen, die aufgrund ihrer Designkomplexität und Kosten weiterhin auf herkömmliche (bürstenbehaftete) DC-Motoren setzen. Motortreiber wie der TB905xFTG basieren auf fortschrittlichen Prozesstechnologien wie BiCD, um eine hochgradig konfigurierbare und effiziente Motorsteuerung zu ermöglichen. Sie erfüllen die strengen Anforderungen im Automotive-Bereich und ermöglichen Plattformansätze, bei denen bestehende MCU-Lösungen wiederverwendet werden können. Durch ihre umfassenden Diagnosefunktionen lassen sich die neuen Motortreiber in die intelligenten Automotive-Plattformen von heute integrieren. (oe)

<a href="http://toshiba.semicon-storage.com">toshiba.semicon-storage.com</a>

Toshiba Electronics Europe GmbH 

www.toshiba-europe.com

Ausgabe 1 2021

Bild 1: Integrierte Pre-Driver und H-Brücken Lösungen sind für DC-Motorsteuerungen am sinnvollsten und ermöglichen die flexible Auswahl einer geeigneten MCU.

Bild 2: Der TB905xFTG kann bis zu 5 A pro Kanal für zwei Motoren im SMALL-Modus oder bis zu 10 A im LARGE-Modus für einen einzelnen Motor liefern.

Bild 3: Die SPI-Schnittstelle reduziert die Anzahl der erforderlichen MCU-Pins aufgrund des internen Oszillators und der vorhandenen PWM-Generatoren.

Bild 4: Der TB905xFTG bietet sieben Stufen zur Steuerung der Flankensteilheit (Slew-Rate), um die EMV-Anforderungen zu erfüllen.

Anwendungen bürstenbehafteter DC-Motoren.

Hauptartikel

Klaus Neuenhüskes ist Chief Engineer Solution Marketing bei Toshiba Electronics Europe.

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