Analogtipp Vorteile mehrkanaliger Gate-Treiber bei der elektrischen Sitzverstellung

Von Dr. Clark Kinnaird *

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Die elektrische Sitzverstellung in modernen Autos ist eine komplexe Angelegenheit. Bei den mannigfaltigen Verstellmöglichkeiten sind Methoden gefragt, mit denen mehrere Motoren angesteuert werden können. Integrierte Schaltungen mit mehrkanaligen Gate-Treibern bieten hier zahlreiche Vorteile.

Bild 1: 
Sitz mit drei Motoren, angesteuert durch den Gate-Treiber DRV8714-Q1.
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Sitz mit drei Motoren, angesteuert durch den Gate-Treiber DRV8714-Q1.
(Bild: TI )

Die elektrische Sitzverstellung im Auto bietet vielfältige Einstellmöglichkeiten. Zur Steuerung der Elektromotoren wurden in der Vergangenheit meist elektromechanische Relais verwendet.

Besser eignen sich integrierte Schaltungen, da sie geräuschlos schalten, kompakter und zuverlässiger sind und auch eine Veränderung der Drehzahl erlauben, sodass ein synchroner Betrieb mehrerer Motoren möglich ist.

Aufgrund der vielen Motoren in modernen Sitzen wird bei den Designs nicht jedem Motor ein eigener Treiber-IC zugeordnet, wie es bei Relais der Fall war, sondern es werden mehrkanalige, integrierte Treiberbausteine verwendet.

Ein Beispiel für derartige Bausteine sind die Halbbrücken-Gate-Treiber DRV8714-Q1 und DRV8718-Q1 mit vier bzw. acht Kanälen. Sie enthalten eine Ladungspumpe, einen Strommessverstärker und Logik für mehrere Verbraucher. Ein Treiberschaltkreis kann bis zu sieben verschiedene Motoren oder eine Kombination aus Motoren und Heizelementen ansteuern.

Bild 1 zeigt beispielhaft, wie mit dem Gate-Treiber DRV8714-Q1 drei Motoren angesteuert werden – entweder einzeln oder in bestimmten Kombinationen gleichzeitig. Für jeden Motortyp lässt sich der jeweils am besten passende MOSFET auswählen. Auch die Registerwerte des Gate-Treibers können Sie definieren, um die Leistungsfähigkeit zu optimieren.

Mit seinen insgesamt acht Halbbrücken-Treiberkanälen ist der DRV8718-Q1 so flexibel, dass er neben bidirektionalen Motoren auch unidirektionale Motoren (z.B. Lüfter) oder nichtmotorische Verbraucher wie Heizelemente ansteuern kann. Der integrierte Schaltkreis wird hierfür durch die passende Anzahl von MOSFETs ergänzt, die für die jeweilige Last optimiert werden können.

Flexible Ansteuerung und vereinfachte Schnittstelle

Bild 2: 
Der Gate-Treiber DRV8718-Q1 steuert in diesem Beispiel neben Motoren auch ein Heizelement und einen Lüfter an.
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Der Gate-Treiber DRV8718-Q1 steuert in diesem Beispiel neben Motoren auch ein Heizelement und einen Lüfter an.
(Bild: TI )

Das Beispiel in Bild 2 zeigt eine Schaltung mit dem DRV8718-Q1 in einem Sitz mit vier Verstellmotoren, einem Lüfter und einem Heizelement. Der nur in einer Richtung drehende Lüfter kommt mit einer einzigen Halbbrücke aus. Für das Heizelement reicht ein high-seitiger MOSFET. Dank der Flexibilität des mehrkanaligen Gate-Treibers kommt die Schaltung also mit einer minimalen Anzahl externer Transistoren aus.

Da sich jeder externe MOSFET abgestimmt auf den jeweiligen Verbraucher auswählen lässt, können Sie auch das Wärmemanagement in Anwendungen mit hohen Strömen verbessern, indem Sie MOSFETs mit niedrigen RDS(on)-Werten einsetzen. Auch die Störfestigkeit (EMV) können Sie optimieren, da die Steilheit der Schaltflanken bei den Bausteinen in der Baureihe des DRV8718-Q1 variiert.

Nicht zuletzt können Sie ein und dasselbe Sitzmodul für unterschiedliche Motoren verwenden, indem Sie es einfach mit anderen MOSFETs kombinieren.

Bild 3: Ansteuerung von 16 Halbbrücken durch einen Mikrocontroller mit zwei Gate-Treibern des Typs DRV8718-Q1 in Daisy-Chain-Konfiguration.
Bild 3: Ansteuerung von 16 Halbbrücken durch einen Mikrocontroller mit zwei Gate-Treibern des Typs DRV8718-Q1 in Daisy-Chain-Konfiguration.
(Bild: TI )

Ein weiterer Vorteil der vorgestellten Single-Chip-Lösung besteht darin, dass sich die Schnittstelle zum Mikrocontroller vereinfacht. Mit einem einzigen Treiber lassen sich bis zu acht Halbbrücken über eine vieradrige SPI-Schnittstelle ansteuern – in einer Daisy-Chain-Konfiguration (Bild 3) sogar noch mehr. Dies schließt das Einstellen der Parameter für jede Halbbrücke, die unabhängige oder koordinierte Ansteuerung der Transistoren und Überwachungsfunktionen ein.

* Dr. Clark Kinnaird ist Systemingenieur „Automotive Electronics Design“ bei Texas Instruments in Richardson / USA.

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