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Neuer Buck-Boost-Regler für Automobilanwendungen sorgt für stabile Leistung bei branchenweit niedrigster Stromaufnahme*

Neuartige Quick-Buck-Booster technology improves system stability in start-stop vehicle systemsTechnologie verbessert die Systemstabilität in Start-Stopp-Systemen von Fahrzeugen

 

ROHM kündigt die Verfügbarkeit eines Buck-Boost-Stromversorgungs-Chipsatzes an, der sich durch die branchenweit niedrigste Stromaufnahme bei gleichzeitig stabiler Leistung (transientes Ansprechverhalten) auszeichnet. Er eignet sich ideal für elektronische Steuergeräte (Electronic Control Units, ECUs) für Cluster-Panels und Gateways in Start-Stopp-Systemen von Fahrzeugen.

Der Chipsatz beinhaltet einen DC/DC-Abwärtswandler mit Boost-Funktionalität (BD8P250MUF-C) und einen passenden speziellen Boost-IC (BD90302NUF-C). Der Primärchip (BD8P250MUF-C) nutzt ROHMs neuartige Buck-Boost-Regelungstechnologie, den so genannten Quick Buck Booster. Dieser ermöglicht den Aufbau einer Buck-Boost-Stromversorgung, ohne die Eigenschaften der BD8P250MUF-C-Vorstufe zu beeinträchtigen. Dies ist möglich, da der nachfolgenden Stufe einfach ein spezieller Boost-IC-Sekundärchip (BD90302NUF-C) hinzugefügt werden kann.

Das Ergebnis ist die industrieweit beste Leerlaufstromaufnahme von 8 µA und eine Ausgangsspannungsschwankung von ±100 mV bei einer Ausgangskapazität von 44 µF (70% weniger Stromaufnahme und um 50% geringere Ausgangskapazität im Vergleich zu herkömmlichen Produkten). Dies sorgt in Anwendungen, in denen in kurzer Zeit erhebliche Spannungseinbrüche auftreten können, wie bpsw. in Fahrzeugen mit Start-Stopp Systemen, für Stabilität. Darüber hinaus erlaubt die Quick-Buck-Booster-Technologie ein Platinen-Design, das sowohl Buck-Boost- als auch Buck-Stromversorgungs-Topologien zusammen mit den erforderlichen Peripheriekomponenten und Rauschunterdrückungsmaßnahmen integriert. Auf diese Weise werden Entwicklungszeit und Arbeitsaufwand im Vergleich zu herkömmlichen Methoden mit separaten Buck-Boost- und Buck-Stromversorgungsplatinen reduziert.

                                                                                                                  

 

Um die im Automobilsektor geforderte bessere Umweltverträglichkeit zu erreichen, ist in den letzten Jahren die Anzahl der Fahrzeuge mit Start-Stopp-Funktion, die den Motor im Leerlauf ausschaltet, deutlich gestiegen. Zur Vermeidung von Fehlfunktionen durch niedrige Batteriespannung im Leerlauf und Batterieschwankungen (Starten) unmittelbar nach dem Start-Stopp-Betrieb erfordern diese Systeme eine Buck-Boost-Stromversorgung. Herkömmliche Produkte sind jedoch aus Sicht der Stromaufnahme und der Reaktionsfähigkeit problematisch. Mit steigender Anzahl der Fahrzeuge mit Start-Stopp-Betrieb, steigt auch der Bedarf an verbesserten Lösungen.

Als Reaktion darauf nutzte ROHM seine Analogdesigntechnologie und seinen Power-System-Prozess zur Entwicklung bahnbrechender Lösungen für den Automobilmarkt. Dazu gehören beispielsweise Produkte, die die ultraschnelle Pulsregelungs-Technologie Nano Pulse Control integrieren. Nun hat ROHM mit Hilfe seiner proprietären Technologien für Automobilanwendungen einen Buck-Boost-Stromversorgungs-Chipsatz entwickelt, der auf der Quick-Buck-Booster-Regelungstechnologie basiert und die Probleme im Zusammenhang mit Start-Stopp-Systemen bewältigt. Auch in Zukunft wird ROHM die Evolution von Fahrzeugen durch die Entwicklung von Produkten und Technologien unterstützen, die zu mehr Energieeinsparung und Systemoptimierung beitragen.

 

Hauptmerkmale

1. Branchenweit beste Stromaufnahme und Reaktionsfähigkeit

Der in den ROHM-Chipsatz integrierte DC/DC-Abwärtswandler BD8P250MUF-C verwendet die Quick-Buck-Booster-Regelungstechnologie. Diese wurde mit Hilfe von ROHMs proprietärem Analogdesign-Know-how entwickelt und ermöglicht einfaches Umschalten auf Buck-Boost-Betrieb, ohne die Leistungsfähigkeit des Abwärtswandlers zu beeinträchtigen, der überlegene Eigenschaften gegenüber einem Abwärts-/Abwärtswandler aufweist.

Dadurch wird in einer Buck-Boost-Konfiguration bei einer Leerlaufstromaufnahme von 8 µA und einer Ausgangskapazität von 44 µF eine Ausgangsspannungsschwankung von ±100 mV erreicht. Dies macht den Chipsatz zur branchenführenden Lösung zur Buck-Boost-Stromversorgung (70% weniger Stromaufnahme und um 50% geringere Ausgangskapazität im Vergleich zu herkömmlichen Produkten), die in einer Reihe von Anwendungen für mehr Energieeinsparung und bessere Stabilität sorgt und gleichzeitig Größe und Kosten der Ausgangskondensatoren reduziert.

                                                                                                                  
 

2. Erste schaltbare Buck/Buck-Boost-Stromversorgung auf einer einzigen Platine

 

ROHMs Chipsatz mit Quick-Buck-Booster-Technologie ermöglicht ein Design, das sowohl Buck- als auch Buck-Boost-Betrieb zusammen mit den erforderlichen Peripheriekomponenten und Rauschunterdrückungsmaßnahmen auf einer einzigen Platine kombiniert.

Dies vereinfacht das Umschalten von Buck- auf Buck-Boost-Betrieb, da nur ein spezieller Boost-IC hinzufügt werden muss. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden mit separaten Stromversorgungsplatinen reduziert dies den Designaufwand.                                    

                                 

 

3. Ermöglicht stabilen Betrieb mit geringem Rauschen und beseitigt gleichzeitig AM-Funkstörungen

 

Um den Marktanforderungen gerecht zu werden, integriert der BD8P250MUF-C eine Spread-Spectrum-Funktion als Gegenmaßnahme zu Störemissionen (EMI). Gleichzeitig wird ROHMs ultraschnelle Pulsregelungs-Technologie Nano Pulse Control eingesetzt, die einen konstanten Betrieb bei 2,2 MHz unabhängig von der Last unterstützt. Dadurch werden die Auswirkungen auf das AM-Frequenzband (max. 1,84 MHz) eliminiert und aus einer hohen Eingangsspannung von 36 V eine stabile Ausgangsspannung von 5 V für den Betrieb von Steuergeräten erreicht. Die Folge sind geringe Störungen bei niedrigen Ausgansspannungen aus hohen Eingangsspannungen ohne Störung des AM-Frequenzbandes, was einem stabilen und einfacheren Betrieb in rauschempfindlichen Fahrzeugsystemen ermöglicht.

 

 

 

Quick Buck Booster Technologie

ROHMs Buck-Boost-Regelungstechnologie wurde mit Hilfe von proprietärem Analogdesign-Know-how entwickelt. Die Anwender können somit einfach auf Buck-Boost-Betrieb umschalten, ohne den Leistungsvorteil zu beeinträchtigen, den DC/DC-Abwärtswandler gegenüber Buck-Boost-Stromversorgungen bieten. Die Implementierung einer Buck-Boost-Topologie unter Beibehaltung der gleichen Eigenschaften von Buck-Stromversorgungen reduziert sowohl die Größe der Peripheriekomponenten als auch den Entwicklungsaufwand. Sie trägt somit zur Systemoptimierung und zum stabilen Betrieb in Anwendungen mit plötzlichen Spannungseinbrüchen bei, zum Beispiel Steuergeräte in Start-Stopp-Systemen.

 

Spezifikationen

Zu den technischen Spezifikationen der ICs gehören Eingangsspannungsbereiche von 2,7 V bis 36 V (Buck-Boost-Topologie: BD8P250MUF-C, BD90302NUF-C) beziehungsweise 3,5 V bis 36 V (Buck-Topologie: BD8P250MUF-C) sowie eine Ausgangsspannung von 5,5 V mit ±2 % Genauigkeit. Die Leerlaufstromaufnahme liegt bei 8 µA (typ.) und die Schaltfrequenz bei 2,2 MHz. Der maximale Ausgangsstrom beträgt 0,8 A (Buck-Boost) bzw. 2,0 A (Buck). Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -40 °C und +125 °C.

 
Topology Part No. Input Voltage Range Output Voltage No-Load Current Consumption Output Voltage Accuracy Operating Frequency Max. Output Current Operating Temperature Range
Buck-Boost BD8P250MUF-C 2.7V to 36V 5V 8µA (typ.) ±2% 2.2MHz 0.8A -40ºC to 125ºC
BD90302NUF-C
Buck BD8P250MUF-C 3.5V to 36V 5V 8µA (typ.) ±2% 2.2MHz 2.0A -40ºC to 125ºC

 

 

Verfügbarkeit: Der Chipsatz ist seit September 2018 in Musterstückzahlen und ab Januar 2019 in OEM-Stückzahlen verfügbar.

Terminologie

DC/DC-Wandler (Buck, Boost, Buck-Boost)

Eine Art von Schalter-Regler, der eine Gleichspannung in eine andere Gleichspannung umwandelt. Im Allgemeinen gibt es einen Aufwärtswandler (Boost) zur Erhöhung der Spannung und einen Abwärtswandler (Buck) zur Reduzierung der Spannung. Buck-Boost-Wandler können basierend auf der Eingangsspannung zwischen Aufwärts- und Abwärtswandler-Betrieb wechseln, haben aber aufgrund redundanter Schaltungen eine schlechtere Reaktionsfähigkeit und höhere Stromaufnahme.

 

*Laut einer Studie von ROHM vom 25. Oktober 2018