Gate-Treiber für unterschiedlichste Automotive-Anwendungen

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Schulz-Electronic GmbH

EBV Elektronik GmbH & Co. KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Fairchild Semiconductor

Ansteuerung mit HVICs auch bei niedrigen Spannungen

Sogar bei niedrigeren Spannungen von 12 oder 24 V ist die Ansteuerung von Lasten mit High-Side-Treibern, Halb-, Voll- und Mehrphasen-Brücken mit HVICs praktisch und wirtschaftlich. Diese Topologie ist auch über HEV/EV-Anwendungen hinaus weit verbreitet, beispielsweise bei einer elektrischen Servolenkung (EPS). Bild 3 zeigt das Prinzip einer Halbbrückenkonfiguration für eine PWM mit unsymmetrischer Last und aktivem Umlauf. Diese Halbbrückentopologie kann für eine Last an Masse oder an einer Batterie, sowie über einen großen Versorgungsspannungsbereich genutzt werden. Voll- oder Mehrphasen-Brücken-Konfigurationen sind für Scheibenwischer mit Richtungsumkehr, reversible Umlaufpumpen und bidirektionale Lüfter geeignet.

Anwendungen mit mittleren Spannungen

In Anwendungen mit mittleren Spannungen (d.h. bei etwa 100 V), wie bei Dieseleinspritz-Systemen, bieten High-Side-HVIC-Gate-Treiber eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit. Hierfür sind die Bauteile FAN7081_GF085, FAN7083_GF085 und FAN7085_GF085 ideal geeignet. In Konfigurationen mit vorwiegend kapazitiver Last kann ein DC-Entladepfad notwendig sein, um die Bootstrap-Spannung über dem Stützkondensator während der Zyklen zu erzeugen. Der FAN7085_GF085 verfügt über eine spezielle Funktion mit interner Verzögerung hierfür, um eine Durchzündung im Rückladepfad zu verhindern.

HVIC Hochstrom-Treiber

Meist sind in HEV/EV-Systemen mehrere sehr leistungsfähige DC-DC-Wechselrichter vorhanden. Dies sind normalerweise Vorwärtswandler mit einem Vollbrücken-Frontend. Zu den wichtigsten Funktionen gehören:

• Hauptantrieb–Aufwärtswandler: erhöht die Spannung der Hauptbatterie vom aktuellen Ladezustand (etwa 150 bis 300 V) auf die Fahrspannung von 600 V oder mehr; die Nennleistung hängt von der Fahrleistung des Fahrzeugs ab.

• Abwärtswandler für Zubehör: ersetzt die Lichtmaschine und die 12-/24-V-Batterie in HEV/EV-Fahrzeugen. Dient der Versorgung von Beleuchtung, Scheibenwischer, HVAC (Klima/Lüftung), Defroster, Sitzfunktionen, Infotainment, Fensterheber und allen anderen Niederspannungsanlagen. Einige sind bidirektional ausgelegt und können eine geringere Leistung zurückspeisen, um einen Wechselrichter für die Notstromversorgung (Starthilfe) zu ersetzen. Sie haben normalerweise eine Leistung von 1,5 kW bis 3 kW in Vorwärtsrichtung. Diese Wandler müssen über den gleichen weiten Eingangsspannungsbereich arbeiten wie der Wechselrichter für den Hauptantrieb.

• Abwärtswandler in der Ladeeinrichtung: reduziert eine Offline-PFC-Spannung (etwa 400 V) auf eine variable Ladespannung; die Größe des Wandlers ist von der jeweiligen AC-Stromquelle abhängig.

Höhere Frequenzen sparen Gewicht und Volumen

Aufgrund des steigenden Strombedarfs wird mit immer höheren Frequenzen gearbeitet, um das Gewicht und Volumen des magnetischen Kreises zu reduzieren. Die heutigen IGBT-Designs sind normalerweise auf weniger als 100 kHz begrenzt. Anwendungen mit MOSFETs arbeiten oftmals mit 250 kHz oder mehr. Viele Designs nutzen Verfahren, wie Serienresonanzbetrieb oder Schalten im Spannungsnulldurchgang.

Hochstrom-HVICs mit einem Spitzen-Quellen-Senken-Strom von +4 A

Um die großen Leistungsbauteile in diesen Vollbrücken-Anwendungen mit hoher Leistung schnell und genau ansteuern zu können, bietet Fairchild Hochstrom-HVICs mit einem Spitzen-Quellen-Senken-Strom von +4 A, schneller Anstiegs- und Abfallzeit (<15/25 ns) und kurzer Schaltverzögerungszeit (<150 ns) an. Zu den entscheidenden Eigenschaften für eine hohe Betriebsrobustheit gehören eine Immunität gegenüber Eingangsstörungen mittels Hysterese und ein großer zulässiger negativer Spannungshub am gemeinsamen Massepunkt der Brücke. Fairchild bezeichnet Letzteren als -V_s Grenzwert, der für alle nach AEC Q100 qualifizierten HVICs normalerweise bei -9,8 V bei V_b = 15 V liegt. Um eine unzureichende Gate-Ansteuerung zu verhindern, arbeiten die UVLO-Schaltungen (Schutz gegen Unterspannung) periodenorientiert. Diese sind unabhängig von den High- und Low-Treiber-Bereichen des FAN7190_F085.

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