High-Side-Ideal-Dioden-Controller für Automotive-Anwendungen mit Verpolschutz

Die Toshiba Electronics Europe GmbH hat den TPD7110F eingeführt, einen High-Side-Ideal-Dioden-Controller, der für die sichere Steuerung des Strompfads in Automotive-Systemen wie BCM, BMS und Head-up-Displays ausgelegt ist mit integrierter Verpolschutzfunktion und Rückstromsperre.

Steuerung des Strompfads in redundanten Automotive-Systemen
Elektronische Automotive-Architekturen benötigen zunehmend redundante Versorgungsleitungen, um Anforderungen der funktionalen Sicherheit zu erfüllen und die Systemverfügbarkeit zu verbessern. In diesem Zusammenhang werden Ideal-Dioden-Controller eingesetzt, um mehrere Versorgungsleitungen zu verwalten und die Leitungsverluste im Vergleich zu Lösungen mit diskreten Dioden zu reduzieren.

Der TPD7110F ist für Anwendungen wie Body-Control-Module (BCM), Batteriemanagementsysteme (BMS) und Head-up-Displays (HUD) für Windschutzscheiben vorgesehen, bei denen eine kontrollierte Umschaltung und Fehlerisolation erforderlich sind. Das Bauteil integriert einen Verpolschutz, um Schäden durch falsches Anschließen der Batterie zu verhindern  eine Situation, die bei Wartungs- oder Austauschvorgängen auftreten kann.

Die Kombination aus Verpolschutz und Rückstromsperre ermöglicht die Implementierung redundanter Versorgungskonfigurationen in Automotive-Stromverteilungsnetzen.

Ideal-Dioden-Architektur mit externem MOSFET
Das Bauteil steuert einen externen N-Kanal-MOSFET über eine integrierte Ladungspumpe mit internem Kondensator und realisiert so ein verlustarmes Ideal-Dioden -Verhalten auf der High-Side der Versorgungsleitung.

Die Überwachung der Drain-Source-Spannung (VDS) des MOSFETs ermöglicht die Erkennung von Rückstrombedingungen. Wird eine inverse Spannungsdifferenz erkannt, unterbricht der Controller den Stromfluss von der Last zur Batterie, verhindert unerwünschte Entladepfade und verbessert die Fehlerbeherrschung.

In Systemen, die einen bidirektionalen Stromfluss erfordern beispielsweise zur Energiespeicherung in der Batterie kann die Rückstromsperrfunktion deaktiviert werden.

In Kombination mit back-to-back geschalteten MOSFETs lässt sich zudem ein elektronisch gesteuerter ON/OFF-Lastschalter realisieren, wodurch die Flexibilität bei der Auslegung der Automotive-Stromverteilung erhöht wird.

Geringer Platzbedarf für hochdichte PCB-Layouts
Der TPD7110F ist im Toshiba-PS-8-Gehäuse mit Abmessungen von 2,9 mm × 2,8 mm erhältlich. Laut Hersteller reduziert diese Lösung die Bestückungsfläche im Vergleich zu herkömmlichen MSOP-8-Gehäusen um etwa 50 %.

Die Integration des Kondensators für die Ladungspumpe macht zusätzliche externe Bauteile überflüssig, verringert die Gesamtanzahl der Komponenten und unterstützt hochdichte Leiterplattenlayouts. Dies ist besonders relevant für Module wie BCM und HUD, bei denen der verfügbare Platz auf der Leiterplatte begrenzt ist.

Geringer Ruhestrom für effizientes Energiemanagement
Der Stromverbrauch ist ein kritischer Parameter in Automotive-Steuergeräten, insbesondere in Systemen mit permanenter Batterieverbindung. Der Controller weist einen typischen Betriebsstrom von 100 µA und einen typischen Standby-Strom von 2 µA auf. Diese Werte tragen zur Gesamtenergiebilanz des Fahrzeugs bei und reduzieren den Ruhestromverbrauch bei ausgeschaltetem Fahrzeug.

Einordnung in Automotive-Stromversorgungsarchitekturen
Im Vergleich zu OR-ing-Lösungen mit Schottky-Dioden ermöglichen Ideal-Dioden-Controller mit externem MOSFET eine geringere Durchlassspannung und reduzierte Verlustleistung  insbesondere bei hohen Lastströmen. Daraus ergeben sich bessere thermische Eigenschaften und eine höhere Effizienz in 12-V- und 24-V-Automotive-Systemen.

Durch die Integration von Verpolschutz, Rückstromerkennung über die VDS-Überwachung und ein kompaktes Gehäuse erfüllt der TPD7110F die typischen Anforderungen redundanter Automotive-Stromversorgungsarchitekturen und bietet gleichzeitig einen niedrigen Ruhestrom.

Laut Toshiba Electronics Europe GmbH ist das Bauteil dafür ausgelegt, die Entwicklung kompakter, verlustarmer und hochzuverlässiger Stromversorgungssubsysteme für Mobilitätsplattformen der nächsten Generation zu unterstützen.

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