Tiefsetzsteller-IC meistert die Herausforderungen von 48-V-Automotive-Systemen

Immer mehr Fahrzeuge werden mit einem 48-V-Bordnetz ausgestattet, da solch ein Mild-Hybrid-Antrieb zahlreiche Vorteile in Sachen Energieeffizienz und Reduzierung von Emissionen bringt. Rohm Semiconductor hat nun einen DC/DC-Wandler-IC vorgestellt, der eine einstufige Spannungswandlung mit einer hohen Taktfrequenz von 2 MHz ermöglicht.

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Rohm Semiconductor hat den BD9V100MUF-C vorgestellt, einen Gleichspannungswandler mit integriertem MOSFET, der bei einer Schaltfrequenz von 2 MHz aus Eingangsspannungen von maximal 60 V Ausgangsspannungen von nur 3,3 oder 5 V (min. 2,5 V) erzeugen kann. Der IC erzielt damit laut Hersteller das industrieweit größte Abwärtswandlungsverhältnis zwischen Ein- und Ausgangsspannung von 24:1.

Abwärtswandlungsverhältnis von 24:1 dank Nano Pulse Control

„Um dieses Spannungsverhältnis zu erreichen, arbeitet der Baustein mit der proprietären Pulsregelungs-Technologie (Nano Pulse Control) von Rohm“, erläutert Bastian Lang, Marketing Manager, European Design Center, von Rohm Semiconductor. „Die mit Hilfe hochspannungsfester BiCDMOS-Prozesse und einer ultraschnellen Pulsregelung eine bisher unerreichte Einschaltzeit von nur 9 ns verwirklicht. Die neue Technologie ermöglicht eine einstufige Spannungswandlung in 48-V-Systemen, wie sie in Mild-Hybrid-Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Damit wird bei 2 MHz der Bauteileaufwand halbiert, was den Platzbedarf in der Applikation verringert und das Systemdesign vereinfacht. Die hohe Schaltfrequenz gestattet zudem den Einsatz kleinerer externer Bauteile, zum Beispiel Spulen und Ausgangskondensatoren.“

48-V-Systeme liegen voll im Trend

Energieverbrauch und Umweltfreundlichkeit sind treibende Kraft stetiger Innovation in der Autoindustrie. „Mild-Hybrid-Fahrzeuge mit 48-V-Systemen erreichen durch optimierte Leistungsverteilung einen deutlich niedrigeren Energie- und damit Kraftstoffverbrauch, was wiederum den CO2-Ausstoß reduziert“, weiß Lang zu berichten. „Steigender Komfort in den Automobilen durch aktive Systeme wie Break-by-Wire oder Electrical Power Steering erhöhen den elektrischen Energiebedarf. In traditionellen 12-V-Systemen muss die elektrische Energie auf niedrigem Spannungslevel zu den Verbrauchern transportiert werden, was erhöhte Verluste im Kabelbaum verursacht.“ Der Bedarf an dickeren Kupferkabeln steigert laut Lang weiterhin das Gewicht, dies wirkt sich negativ auf den Kraftstoffverbrauch aus. „Die 48-V-Technologie senkt den zu übertragenden Strom um ein Viertel und reduziert dadurch die Verluste im Kabelbaum.“

Betrieb des Wandler bei 2 MHz stört AM-Bereich nicht

Um die Elektronik und Sensorik im Automobil zu versorgen, werden auf Systemebene typischerweise Spannungen zwischen 1 V und 5 V benötigt. Das bedeutet, dass die 48-V-Busspannung auf die niedrigeren Spannungen gewandelt werden muss. Gleichzeitig ist der Betrieb des DC/DC-Wandlers bei 2 MHz sinnvoll, um sowohl oberhalb der AM-Radiofrequenzen (max. 1,84 MHz) und damit außerhalb des Störbereichs zu bleiben, als auch eine möglichst kompakte Lösung zu erreichen.

Einstufige Wandlerlösung bringt Vorteile

„Den Anspruch aus hohem Übersetzungsverhältnis und hoher Schaltfrequenz kann bis dato kein Stromversorgungs-IC bedienen. Eine zweistufige Lösung erfüllt diese Forderungen, sie ist jedoch mit diversen Nachteilen verbunden“, wie Lang weiter erklärt. „Dazu gehören erhöhter Platzbedarf, mehrere Bauteile, komplexeres System etc. Mit dem BD9V100MUF-C bietet Rohm nun eine Lösung zur einstufigen Spannungswandlung.“

Noch kleiner mit ultraschneller Pulsregelungs-Technologie

Die Bezeichnung „Nano Pulse Control“ bezieht sich auf die ultraschnelle Pulsregelungs-Technologie, die durch die Kombination aus analogem Schaltungsdesign, Layout und Prozessen aus dem vertikal integrierten Produktionssystem von ROHM implementiert wurde. Die Technologie trägt zu einer erhöhten Miniaturisierung sowie zur Vereinfachung der Systeme in 48-V-Applikationen bei, deren Spektrum von Mild-Hybrid-Fahrzeugen über Industrieroboter bis zu den Versorgungen in Basisstationen reicht.

Die technischen Daten im Detail

Zu den technischen Spezifikationen des nur 4,0 mm x 4,0 mm x 1,0 mm (B x T x H) großen Gleichspannungswandlers BD9V100MUF-C gehören ein Eingangsspannungsbereich von 16 V bis 60 V, Ausgangsspannungen von 0,8 V bis 5,5 V mit ±2 % Genauigkeit und eine Schaltfrequenz von 1,9 bis 2,3 MHz. Der maximale Ausgangsstrom beträgt 1 A. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen –40 und 125 °C.

Muster sind ab sofort verfügbar

Muster des BD9V100MUF-C sind ab sofort verfügbar, OEM-Stückzahlen ab Dezember 2017.

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