Mildhybrid-Elektrofahrzeuge Integrierter Motortreiber reduziert den Platzbedarf von Motorsystemen

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Der Motortreiber DRV3255-Q1 ebnet den Weg zu Mildhybrid-Elektrofahrzeugen, die funktionale Sicherheit bis ASIL D erfordern.

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Aufbau eines Mildhybrid-Elektrofahrzeug: Mit dem Motortreiber DRV3255-Q1 werden Antriebssteuerungs-Systeme wie Startergeneratoren wesentlich kompakter.
Aufbau eines Mildhybrid-Elektrofahrzeug: Mit dem Motortreiber DRV3255-Q1 werden Antriebssteuerungs-Systeme wie Startergeneratoren wesentlich kompakter.
(Bild: Texas Instruments)

Texas Instruments (TI) hat einen hochintegrierten Grade-0-Motortreiber für bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) vorgestellt, der für leistungsstarke Antriebssteuerungs-Systeme wie Traktionswechselrichter und Startergeneratoren in Mildhybrid-Elektrofahrzeugen (MHEVs) vorgesehen ist. Mit dem DRV3255-Q1 werden Motorsysteme um bis zu 30% kompakter. Zudem bietet er laut Hersteller den höchsten Gate-Treiberstrom und sorgt für verbesserten Schutz und höhere Ausgangsleistung. Mit Blick auf die strengsten Sicherheitsanforderungen wurde der Motortreiber nach dem vom TÜV SÜD zertifizierten Functional-Safety-Prozess von TI entwickelt, und eignet sich bis ASIL D (Automotive Safety Integrity Level).

Um zur Senkung der weltweiten Treibhausgas-Emissionen beizutragen, fahren die Automobilhersteller die Produktion von MHEVs hoch, bei denen der Schadstoffausstoß des Verbrennungsmotors mithilfe eines elektrischen 48-V-Antriebssystems verringert wird. Der Functional-Safety-konforme DRV3255-Q1 von TI erlaubt Herstellern das Design eines Antriebssystems, mit dem MHEV-Systeme bis ASIL D realisierbar sind. Dabei wird eine Motorleistung von bis zu 30 kW unterstützt, was das Ansprechverhalten eines 48-V-Antriebssystems in schweren Fahrzeugen verbessern kann.

„Ein 48-V-System stellt einen echten Quantensprung dar, mit dem OEMs nicht nur ihre Schadstoffreduktions-Ziele erreichen, sondern auch zusätzliche Leistung für ADAS-Features und Verbraucher mit hohem Energiebedarf (z.B. Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssysteme) bereitstellen können“, kommentiert Asif Anwar, Direktor des Bereichs Powertrain, Body, Chassis and Safety bei Strategy Analytics. „Die Kombination aus Performance-Eigenschaften der Spitzenklassen, Functional Safety und Grade 0 führt zu greifbaren betrieblichen Vorteilen auf der Systemebene, die die OEMs beim Erreichen dieser Ziele unterstützen.“

Reduzierung der Leiterplattenfläche um bis zu 30%

Der DRV3255-Q1 ist der industrieweit erste dreiphasige 48-V-BLDC-Motortreiber mit integrierter, high- und low-seitiger aktiver Kurzschlusslogik, sodass auf externe Transistoren und Logik verzichtet werden kann. Durch die Integration der aktiven Kurzschlusslogik und der dynamischen Fehlerreaktion gibt der neue Motortreiber den Designern nicht nur die Möglichkeit, ihre Designs zu vereinfachen, sondern es wird auch eine Motorleistung von bis zu 30 kW unterstützt, während sich die Leiterplattenfläche und der Bauteileaufwand von 48-V-Motortreiber-Systemen reduziert.

Die aktive Kurzschlusslogik verleiht Systemdesignern die Flexibilität, die Verbindungen zu den MOSFETs gemäß den Systemanforderungen anzuordnen, und trägt zur Vermeidung von Totalausfällen des Systems durch Überspannungen bei. Die dynamische Fehlerreaktion schaltet den Motortreiber beim Auftreten von Überspannungen automatisch in den aktiven Kurzschlussmodus, was den Motor und die elektrischen Bauteile des Fahrzeugs vor überspannungsbedingten Belastungen schützt und gleichzeitig die System-Performance optimiert.

Verbesserte Ansprechzeiten bei gleichzeitigem Schutz von 48-V-Antrieben vor rauen Einsatzbedingungen

Der DRV3255-Q1 liefert die branchenweit höchste Ausgangsleistung, was die System-Ansprechzeiten von 48-V-Antrieben verbessert, sodass selbst schwere Fahrzeuge wie SUVs oder Nutzfahrzeuge nach einem Halt schneller wieder beschleunigen können. Für Motoren mit einem Strombedarf von bis zu 600 A liefert der DRV3255-Q1 den industrieweit höchsten Gate-Treiberstrom, der die Direktansteuerung von MOSFETs mit einer Gateladung bis zu 1.000 nC gestattet.

Der Motortreiber entspricht AEC-Q100 Grade 0 und schützt 48-V-Antriebsstrangsysteme überdies vor schaltbedingten Spannungsspitzen bis zu 95 V sowie vor Lastabwürfen, und dies über einen weiten Temperaturbereich von –40 bis 150 °C. Separate Schutzschaltungen können daher entfallen.

Rationellere ISO-26262-Konformität bis ASIL D

Im Hinblick auf die funktionale Sicherheit wurde der DRV3255-Q1 mit dem zertifizierten Functional-Safety-Hardwareentwicklungs-Prozess von TI entwickelt. Hinzu kommen eingebaute Safety-Mechanismen und Dokumentation wie eine Fehlermöglichkeits-, Auswirkungs- und Diagnose-Analyse und ein Functional Safety Manual. Zusätzlich zu den Safety-Mechanismen für die internen Fehlermöglichkeiten des Bausteins verkraften die digitalen Ein- und Ausgangs-Pins Spannungen bis zu einem absoluten Maximalwert von 75 V, sodass der DRV3255-Q1 gegen Überspannungen auf der externen 12-V-Versorgung geschützt ist.

Gehäuse, Verfügbarkeit und Preis

Der DRV3255-Q1 im Quad-Flat-Pack-Gehäuse mit 64 Pins ist jetzt bei TI zu Preisen ab 3,99 US-Dollar (ab 1.000 Stück) lieferbar. Rollen mit voller oder kundenspezifischer Stückzahl sind ausschließlich über TI.com lieferbar. Auf TI.com besteht außerdem die Auswahl unter mehreren Bezahl- und Versandoptionen.

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