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Fahrerassistenzsysteme brauchen Multi-Rail-DC/DC Wandler

| Autor/ Redakteur: Tony Armstrong * / Thomas Kuther

Fahrerassistezsysteme brauchen die passenden Spannungen und Ströme, was eine Herausforderung für Entwickler ist, denn die Bordnetzspannung kann zwischen 3,5 und 42 Volt schwanken.

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ADAS: Moderne Fahrerassistenzsysteme brauchen robuste Stromversorgungen, am besten hocheffiziente synchrone Mehrfachschaltregler mit breiten Eingangsspannungsbereichen von 3 bis 42 V.
ADAS: Moderne Fahrerassistenzsysteme brauchen robuste Stromversorgungen, am besten hocheffiziente synchrone Mehrfachschaltregler mit breiten Eingangsspannungsbereichen von 3 bis 42 V.
(Bild: © chombosan – stock.adobe.com)

Advanced Driver Assistance Systems, kurz ADAS, steht für sicheres Fahren und warnt den Fahrer, wenn das System aus umgebenden Objekten eine Gefahr erkennt – was immer es ist. Diese Systeme stehen für einen Haupttrend in Automobilen für die zweite Hälfte der Dekade. Sie bieten typischerweise dynamische Merkmale wie ACC (Adaptive Cruise Control), Totwinkelerkennung, Spurassistent, Müdigkeitserkennung, Nachtsicht und weitere. Das resultiert im zunehmenden Fokus der Kunden in Richtung Sicherheit und mehr Komfort beim Fahren und zu laufend zunehmenden staatlichen Sicherheitsregulierungen, die das Wachstum von ADAS im Automobil treiben.

Das Herz der meisten ADAS-Systeme ist ein Mikroprozessor, der die verschiedenen Sensorsignale im Automobil verarbeitet und sie so für den Fahrer aufbereitet, dass dieser sie schnell erkennt und versteht. Diese Systeme werden von der Kfz-Batterie mit 9 bis 18 V versorgt. Durch Transienten im System kann die Spannung aber auf bis zu 42 V steigen oder beim Kaltstart auf bis zu 3,5 V sinken. Deshalb müssen DC/DC-Wandler zum Einsatz kommen, die einen breiten Eingangsspannungsbereich von 3,5 bis 42 V haben.

Viele ADAS-Systeme benötigen zur Versorgung der analogen und digitalen ICs 5 V und 3,3 V. Die I/O- und Core-Spannungen der Prozessoren liegen dagegen bei Werten unter 2 V. Darüber hinaus müssen Platz und thermische Probleme bedacht werden. Generell ist es üblich, Hochspannungs-DC/DC-Wandler an der 5-V- und 3,3-V-Versorgung einzusetzen. Solche Wandler aber für die Versorgung mit unter 2 V zu verwenden, ist nicht immer angebracht, da eben mehrere Wandler mit nur einem Ausgang mehr Platz brauchen und zudem thermische Probleme verursachen können. Besser ist daher ein DC/DC-Wandler mit Mehrfachausgang.

Hocheffizienter synchroner Vierfachschaltregler

Der LT8602 ist ein hocheffizienter synchroner Vierfachschaltregler mit einem Eingangsbereich von 3 bis 42 V. Damit eignet er sich bestens für Automobilapplikationen mit Kaltstart- und Start-/Stopp-Szenarien von <4 V bis zu Lastabfall-Transienten von über 36 V.

Wie im Bild zu sehen, kombiniert sein Vierkanaldesign zwei Hochspannungskanäle für 2,5 und 1,5 A mit zwei Niederspannungskanälen für 1,8 A und mit vier unabhängigen Ausgangsspannungen herunter bis 0,8 V. Dies ermöglicht die Versorgung aktueller Niederspannungs-Mikroprozessorcores. Seine synchrone Gleichrichtertopologie liefert bis zu 94% Effizienz, während der Burst-Mode-Betrieb den Ruhestrom unter 30 µA hält (alle Kanäle aktiv). Mit seinen Standby-Merkmalen ohne Last eignet er sich bestens für den Einsatz in „always-on“-Systemen.

In rauscharmen Applikationen kann der LT8602 zusammen mit einem kleinen externen Filter seinen Pulse-Skipping-Modus einsetzen, um das Schaltrauschen zu minimieren und damit die Anforderungen der CISPR25, Class 5 EMI zu erfüllen. Die Schaltfrequenz des LT8602 kann zwischen 250 kHz und 2 MHz programmiert und in diesem Bereich auch synchronisiert werden. Seine minimale On-Time von 60 ns ermöglicht eine Abwärts-Wandlung von 16 VIN auf 2,0 VOUT an Hochspannungskanälen mit einer Schaltfrequenz von 2 MHz. Da der Hochspannungskanal VOUT2 die zwei Niederspannungskanäle (VOUT3 und VOUT4) versorgt, können diese Ausgangsspannungen bis herunter zu 0,8 V liefern, dies bei Schaltfrequenzen von 2 MHz, was eine sehr kompakte Lösung mit ca. 25 mm x 25 mm mit vier Ausgängen ergibt.

* Tony Armstrong ist Director of Product Marketing, Power Products, bei Linear Technology, das kürzlich von Analog Devices übernommen wurde.

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