Шумахер У. Полупроводниковая электроника

Блок-схема сильноточного PROFET приведена на Рис. 3.66. Этот прибор представляет одно из последних поколений и поставляется в компактном и недорогом корпусе D-Pack. Более того, данный прибор может применяться в автомобилях с 42вольтовым питанием.

Прибор включается путём подключения входного вывода IN к земле.

Выход IS при подключении к нему резистора на землю позволяет в реальном времени измерять текущее значение выходного тока. В Табл. 3.3 приведены основные характеристики приборов семейства BTS61xx.

Компания Infineon предлагает очень широкий ассортимент серийно выпускаемых приборов. На Рис. 3.67 представлена древовидная схема выбора PROFET в корпусе с теплоотводом. Данная схема упрощает поиск необходимой для пользователя продукции.

Древовидная схема выбора прибора в корпусе с улучшенным теплоотводом (усовершенствованные корпуса SO) приведена на Рис. 3.68.

Конечно, для создания полумостовых и мостовых схем возможно совместное использование приборов HITFET и PROFET. В 1998 году компания Infineon выпустила на рынок устройства подобного типа под наименованием ThrilithIC.

Алгоритм выбора PROFET с теплоотводом

Диагностика Да Нет

Диагностика

Состояние Измерение

Детектор холостого хода

Включено Выключено

BTS6133

BTS6143

BTS6144

BTS6163

BTS6510

Один

канал

BTS441T

BTS452T

BTS462T

3.6.3. Многоканальные ключи

В отличие от интеллектуальных ключей, многоканальные ключи изготавливаются по технологии SPT (от англ. Smart Power

Technology). Используя эту технологию, можно совмещать в одном корпусе силовые каскады, рассчитанные на постоянный ток вплоть до 5 А (пиковый до 10 А), аналоговые блоки и сложные логические схемы.

Количество каналов

18

16

8

6

4

2

Сложность

MQFP 64

Power

SO 36

Power

SO 20

Power

SO 12

SO 28

управлять пятью электродвигателями системы кондиционирования. Кроме того, он подходит для управления реле или для включения и выключения элементов электронного блока управления (управление электропитанием), например датчиков и т.д. Так как в автомобилях используется множество реверсивных электроприводов, для электронного управления ими требуется большое количество мостовых ИС управления двигателями.

3.6.4. Мостовые схемы

В настоящее время в автомобилях резко возросло количество электроприводов. В зависимости от того, как работает электродвигатель — реверсивно или нереверсивно — требуются различные схемы драйверов. На Рис. 3.71 показаны различные схемы управления электродвигателями. Нереверсивные схемы управления, представленные на Рис. 3.71 (А, Б и В), конечно же, могут быть собраны и с использованием верхних ключей.

MM

В

Vbb

Vbb

M

M

Приведённые характеристики соответствуют обычному маломощному электродвигателю дверного замка. Более подробную информацию можно найти на Webсайте компании Infineon, в разделе «DC motor drives» («Приводы электродвигателей постоянного тока»).

На Рис. 3.73 представлены устройства автомобильной электроники, расположенные в порядке возрастания номинального тока.

Их можно разделить на три группы, в зависимости от технологий, использующихся для изготовления выходных каскадов.

Электродвигатели с малыми токами, до 10 А, могут управляться монолитными мостовыми ИС, изготовленными по технологии SPT. Данное семейство приборов представлено на Рис. 3.74 в виде древовидной схемы.

На рисунке мостовые схемы управления двигателями с номинальным током более одного ампера расположены справа. В автомобилях эти мостовые схемы используются, например, в электронных дроссельных заслонках (электронная педаль газа, E-GAS). Более значительная группа электроприводов с номинальными токами менее

1 А, в свою очередь, может быть разделена на электроприводы сервомоторов (электроприводы с аналоговой обратной связью, например устройство регулирования яркостью фар, наличие которого стало обязательным требованием на территории Евросоюза в 80-х годах прошлого века), стандартные мостовые схемы управления электродвигателями постоянного тока и специализированную группу приводов для шаговых электродвигателей. Приводы шаговых электродвигателей используются для того, чтобы исключить цепи обратной связи, в основном потенциометры, и схемы полного анализа данных. Их основной областью применения являются линейные исполнительные механизмы (шаговые электродвигатели с червячными механизмами, такие как клапанный позиционер) и различные сервоприводы.

Благодаря интеграции этих приборов в электронные контроллеры автомобиля, мостовые схемы объединяются в системные ИС, такие как многофункциональный мост TLE7201R. Блок-схема данного модуля представлена на Рис. 3.75.

Для токов от 10 до 100 А необходимо использовать ключи с малым внутренним сопротивлением. Поэтому для формирования мостовых схем управления электродвигателями целесообразно использовать наборы интеллектуальных ключей TrilithIC.

В корпусах SO с улучшенным теплоотводом применяется новый способ проволочного монтажа кристалла, что позволяет получить более высокие токи и значительно б=ольшую надёжность по сравнению с параллельной разваркой несколькими золотыми проволочками. На Рис. 3.76 показан внутренний вид ИС TrilithIC в корпусе SO28.

Для таких массовых приложений, как стеклоподъёмники, автомобильные люки и устройства регулирования положения сидений, компания Infineon разработала серию ИС BTS78xx семейства TrilithIC.

Второе поколение данных приборов выпускается в специально разработанном для семейства TrilithIC мощном корпусе с тремя отдельно охлаждающимися областями.

Во множестве новых систем, таких как рулевое управление с электроусилителем, регулируемый клапанный механизм (VVT), управление вентилятором, прямой впрыск дизельного топлива и т.д., токи иногда значительно превышают 100 А. К тому же, не-

Новое поколение микросхем имеет алюминиевые соединительные проводники толщиной 250 мкм

Улучшенные характеристики:

•Надёжность

•Распределение тока

•Появилась возможность проведения испытаний

•Качество

•Охлаждение

Рис. 3.76. Сильноточные соединения ИС семейства TrilithIC в корпусе SO28.

обходимо управлять данными токами, используя быстродействующие ШИМ-регу- ляторы. Это требует больших токов управления затвором и делает необходимым использование ИС МОП-драйверов, которые могут обеспечивать указанные высокие импульсные токи для управления силовыми МОП-транзисторами в полумостовой конфигурации таким образом, чтобы избежать появления сквозного тока (когда оба транзистора одного полумоста находятся в проводящем состоянии). Поскольку многие устройства в автомобиле должны удовлетворять жёстким требованиям стандартов безопасности, требуются дополнительные функции диагностики и защиты.

Компания Infineon подготовила свою собственную широкую линейку сильноточных ключей во главе с драйверами TLE628x, наиболее важные характеристики которых приведены в Табл. 3.4.

В заключение на Рис. 3.77 представлена схема выбора сильноточных приводов электродвигателей.

Слева расположены ИС TrilithIC типа BTS77xx и BTS78xx. Ниже на ветке, находящейся слева, находятся быстродействующие ШИМ-приводы — мосты управления электронной педалью газа, TLE6209 и TLE7209.

Ниже по ветви, относящейся к сильноточным приборам, можно увидеть семейство микросхем МОП-драйверов TLE628xx.

Интегральные H-мосты

BTS 7700 G

BTS 7710 G

BTS 7710 GP

BTS 7740 G

BTS 7741 G

BTS 7750 G

BTS 7750 GP

BTS 7751 G

45 В

12 В

5 В

2.5 В

В скором времени данные драйверы будут встраиваться в системные ИС при условии, что гибкость их работы при этом не будет слишком ограничена.

Широкая номенклатура приборов наглядно подтверждает, что электроприводы можно встретить практически в любой системе автомобиля.

3.6.5. Микросхемы источников питания

В эту группу продукции входят аналоговые стабилизаторы напряжения, DC/DCпреобразователи и стабилизаторы тока.

Поскольку для каждого контроллера требуется модуль электропитания, аналоговые стабилизаторы напряжения используются в большинстве систем автомобиля. Назовём наиболее важные:

Противобуксовочная система и антиблокировочная система тормозов (ABS)

Система подушек безопасности

Система обогрева и кондиционирования воздуха

Система регулировки положения сидений

Автомобильный радиоприёмник

Приборная панель

Дверная электроника

Система управления двигателем

Устройства автоматической блокировки двигателя (иммобилайзеры)

Система бесконтактного отпирания/запирания дверей автомобиля

Шасси/кузов

Трансмиссия

Часто стабилизаторы напряжения встраиваются в системные ИС. Это делается в отработанных системах, таких как ABS или система управления подушками безопас-

ности, которые используются в автомобилях уже много лет, постоянно оптимизируются и, следовательно, находятся под высоким ценовым давлением.

При более высоких токах все чаще используются DC/DC-преобразователи из-за меньших потерь мощности. Совсем недавно, с массовым внедрением светодиодов в автомобили, для их управления стали применяться стабилизаторы постоянного тока.

Стабилизаторы напряжения, используемые в автомобилях, должны выдерживать жёсткие условия окружающей среды и подавлять помехи по питанию. Из Рис. 3.78 видно, что стабилизатор напряжения должен защищать чувствительную электронику, микропроцессор или интеллектуальный датчик от перегрева и колебаний напряжения, а также контролировать их состояние при помощи различных диагностических систем.

Наиболее важными контрольно-диа- гностическими функциями стабилизаторов напряжения компании Infineon являются система раннего предупреждения, сторожевой таймер и сброс. Например, система раннего предупреждения позволяет отслеживать состояние аккумуляторной батареи, выявляя падение напряжения ниже заданного уровня, и, следовательно, инициировать процедуру сохранения данных, прежде чем произойдет сброс системы схемой защиты от падения напряжения. Сторожевой таймер проверяет процессор на «зацикливание» и, в случае необходимости, выводит его из бесконечного цикла выполнения программы путём сброса.

В автомобильной электронике во многих устройствах значительную роль играет собственный ток потребления. В частности,