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Automotive Electronics Intelligente Motorsteuerung für automobile Anwendungen

Autor / Redakteur: Theodore Varelas * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Motorsteuerungen sollen kompakt und effizient sein – am besten mit allen Komponenten auf einem Chip: ARM-Prozessor, Mikrocontroller-Peripherie, Spannungsregler, LIN-Transceiver und Brückentreiber.

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MicroConsult Microelectronics Consulting & Training GmbH
ROHM Semiconductor GmbH
Infineon Technologies AG
In modernen Fahrzeugen werden immer mehr elektrisch geregelte Motoren eingesetzt. 2012 zählten die Analysten von IHS 2,3 Milliarden elektrische Motoren in Fahrzeugen. 2017 sollen es bereits 2,9 Milliarden sein, was einer durchschnittlichen Wachstumsrate pro Jahr von 5,7 Prozent entspricht. Bis 2017 sollen jährlich etwa 97 Millionen Fahrzeuge produziert werden. Das bedeutet durchschnittlich 30 Motoren pro Fahrzeug. Während heute noch rund 68 Prozent dieser Motoren bürstenbehaftete Gleichstrommotoren sind und 15 Prozent bürstenlose Gleichstrommotoren, soll die Anzahl der bürstenlosen Gleichstrommotoren in Zukunft steigen.
In modernen Fahrzeugen werden immer mehr elektrisch geregelte Motoren eingesetzt. 2012 zählten die Analysten von IHS 2,3 Milliarden elektrische Motoren in Fahrzeugen. 2017 sollen es bereits 2,9 Milliarden sein, was einer durchschnittlichen Wachstumsrate pro Jahr von 5,7 Prozent entspricht. Bis 2017 sollen jährlich etwa 97 Millionen Fahrzeuge produziert werden. Das bedeutet durchschnittlich 30 Motoren pro Fahrzeug. Während heute noch rund 68 Prozent dieser Motoren bürstenbehaftete Gleichstrommotoren sind und 15 Prozent bürstenlose Gleichstrommotoren, soll die Anzahl der bürstenlosen Gleichstrommotoren in Zukunft steigen.
(Bild: Infineon)

Infineon Technologies hat mit der Embedded-Power-Familie intelligente Brückentreiber vorgestellt, die sich durch ein hohes Integrationsniveau auszeichnen. Die automotive-qualifizierten SoCs sind für vielfältige Motorsteuerungen ausgelegt. Dafür sind sie mit einer Cortex-M3-MCU, skalierbarem Flash, analogen und Mixed-Signal-Peripherals, Kommunikationsschnittstellen und NFET-Gate-Treibern ausgestattet. So stellen die hoch integrierten Komponenten eine allgemeine Design-Plattform für Gleichstrom- und BLDC-Motoren dar und unterstützen eine Vielzahl von Motoren und Motorsteuerungsalgorithmen. Mit ihnen lassen sich die Entwicklungskosten für Systemhersteller im Automotive-Markt beträchtlich senken.

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Im Fahrzeug gibt es den klaren Trend hin zu kleinen, dezentralen Antrieben, denn man will Energie sparen. Dazu zählen beispielsweise Gebläse, Motorkühlung, Wasser- und Ölpumpen, Fensterheber, Front- und Heckscheibenwischer (Bild 1). Diese verteilte Motorintelligenz ermöglicht kreative Fahrzeug-Designs, die viele Vorteile aufweisen: weniger Verkabelung, weniger Gewicht und weniger Bauraum, Plattformlösungen mit verringertem Overhead und geringerer Komplexität bei den Optionen, verteilte Rechenleistung und verbesserte Diagnosemöglichkeiten, ausgeglichene Verlustleistung und verbessertes EMV-Verhalten, dedizierte Funktionen für ein optimales Kosten/Leistungsverhältnis und standardisierte kostengünstige Physical-Layer bzw. Protocol-Handler. Um diese verteilte Motorintelligenz zu implementieren, sind innovative Konzepte entscheidend.

Kompakte, umfassende Chip-Lösungen

Die neuen Motorsteuerungs-ICs sind kompakte, umfassende Chip-Lösungen mit allen notwendigen Funktionen für Anwendungen wie Sonnendach, Fensterheber, Pumpen (Benzin, Öl und Wasser), Gebläse und Lüfter. Dazu zählen die entsprechenden Messungen, die Regelung und die Ansteuerung für den elektrischen Motor. Gleichzeitig lassen sich mit ihnen die Systemkosten senken.

Leistungsfähige, automotive-qualifizierte Technologie

Für die neue, hochgradig integrierte Embedded-Power-Familie (Bild 2) kombiniert Infineon seine proprietäre, automotive-qualifizierte 130-nm-Smart-Power-Technologie mit seiner Erfahrung im Bereich der Motorsteuerungstreiber. Die Silizium-basierte bipolare CMOS-DMOS-Technologie (BCD) mit 130-nm-Strukturen ermöglicht die effektive Integration von Logik, Analogtechnik, Speicher und Leistungsstufen auf einem Chip. Wo früher Multi-Chip-Designs einen eigenen Mikrocontroller, einen Brückentreiber, mehrere Spannungsregler und einen LIN-Transceiver (LIN: Local Interconnect Network) erforderlich machten, profitieren heute die Systemlieferanten von Motorsteuerungs-Designs von einer minimalen Anzahl an externen Komponenten (Bild 3).

Ergänzendes zum Thema
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Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS Sonderheft Automotive Electronics Engineering erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar. Oder: Bestellen sie das Probeabo mit drei kostenlosen Ausgaben!

Mit den neuen Embedded-Power-Produkten reduziert sich die Komponentenanzahl von derzeit mehr als 150 auf weniger als 30. Damit finden alle Funktionen und die externen Komponenten für die Motoransteuerung über externe MOSFETs auf einer Leiterplattenfläche von lediglich 3 cm² Platz (Bild 4). Das macht die Integration der Elektronik nahe am Motor für mechatronische Designs möglich.

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