Die Quick-Buck-Booster-Technologie soll die Systemstabilität in Start-Stopp-Systemen von Fahrzeugen verbessern.

Bild: Rohm

Probleme bei Start-Stopp-Systemen lösen Buck-Boost-Regler sorgen für eine stabile Leistung im Auto

26.10.2018

Rohm kündigt die Verfügbarkeit eines Buck-Boost-Stromversorgungs-Chipsatzes an, der sich einer eigens durchgeführten Studie vom 25. Oktober 2018 zufolge durch die branchenweit niedrigste Stromaufnahme bei gleichzeitig stabiler Leistung (transientes Ansprechverhalten) auszeichnen soll. Er eignet sich für elektronische Steuergeräte, 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 Buck-Boost-Regelungstechnologie, den sogenannten Quick Buck Booster. Dieser soll eine Buck-Boost-Stromversorgung aufbauen, ohne die Eigenschaften der BD8P250MUF-C-Vorstufe zu beeinträchtigen. Dies ist möglich, da der nachfolgenden Stufe ein spezieller Boost-IC-Sekundärchip (BD90302NUF-C) hinzugefügt werden kann.

Das Ergebnis ist die (nach einer kürzlich von Rohm durchgeführten Studie) industrieweit beste Leerlaufstromaufnahme von 8 µA und eine Ausgangsspannungsschwankung von ±100 mV bei einer Ausgangskapazität von 44 µF. Das soll eine um 70 Prozent geringere Stromaufnahme und eine um 50 Prozent geringere Ausgangskapazität im Vergleich zu herkömmlichen Produkten ergeben.

Spannungseinbrüche kompensieren

In Anwendungen, in denen in kurzer Zeit erhebliche Spannungseinbrüche auftreten können, wie beispielsweise in Fahrzeugen mit Start-Stopp-Systemen, sorgt das 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 laut Hersteller Entwicklungszeit und Arbeitsaufwand im Vergleich zu vergleichbaren Methoden mit separaten Buck-Boost- und Buck-Stromversorgungsplatinen reduziert.

Start-Stopp für die Umwelt

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. Andere Produkte sind jedoch laut Rohm hinsichtlich der Stromaufnahme und der Reaktionsfähigkeit problematisch.

Als Reaktion darauf nutzte das Unternehmen seine Analogdesigntechnologie und seinen Power-System-Prozess zur Entwicklung neuer Lösungen für den Automobilmarkt. Dazu gehören beispielsweise Produkte, die die Pulsregelungs-Technologie Nano Pulse Control integrieren.

Nun hat Rohm mittels proprietärer 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 bewältigen soll. Auch in Zukunft will das Unternehmen die Evolution von Fahrzeugen durch die Entwicklung von Produkten und Technologien unterstützen, die zu mehr Energieeinsparung und Systemoptimierung beitragen.

Technische Spezifikationen

Zu den Spezifikationen der ICs gehören Eingangsspannungsbereiche von 2,7 bis 36 V (Buck-Boost-Topologie: BD8P250MUF-C, BD90302NUF-C) beziehungsweise 3,5 bis 36 V (Buck-Topologie: BD8P250MUF-C) sowie eine Ausgangsspannung von 5,5 V mit ±2 Prozent Genauigkeit.

Die Leerlaufstromaufnahme liegt bei 8 µA (typ.) und die Schaltfrequenz bei 2,2 MHz. Der maximale Ausgangsstrom beträgt 0,8 A (Buck-Boost) beziehungsweise 2,0 A (Buck). Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -40 und 125 °C.

Hauptmerkmale auf einen Blick

1. Stromaufnahme und Reaktionsfähigkeit
Der in den Rohm-Chipsatz integrierte DC/DC-Abwärtswandler BD8P250MUF-C verwendet die Quick-Buck-Booster-Regelungstechnologie. Diese wurde mit Rohms proprietärem Analogdesign-Know-how entwickelt und ermöglicht einfaches Umschalten auf Buck-Boost-Betrieb, ohne die Leistungsfähigkeit des Abwärtswandlers zu beeinträchtigen. 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.

2. Schaltbare Buck-/Buck-Boost-Stromversorgung auf einer einzigen Platine
Der 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 soll das Umschalten von Buck- auf Buck-Boost-Betrieb vereinfachen, da nur ein spezieller Boost-IC hinzufügt werden muss. Im Vergleich zu Methoden mit separaten Stromversorgungsplatinen wird dadurch auch der Designaufwand reduziert.

3. Stabiler Betrieb mit geringem Rauschen ohne AM-Funkstörungen
Um den Marktanforderungen gerecht zu werden, integriert der BD8P250MUF-C eine Spread-Spectrum-Funktion als Gegenmaßnahme zu Störemissionen (EMI). Gleichzeitig wird Rohms Pulsregelungs-Technologie Nano Pulse Control eingesetzt, die einen konstanten Betrieb bei 2,2 MHz unabhängig von der Last unterstützt. Das soll die Auswirkungen auf das AM-Frequenzband (maximal 1,84 MHz) eliminieren und aus einer hohen Eingangsspannung von 36 V eine stabile Ausgangsspannung von 5 V für den Betrieb von Steuergeräten ermöglichen. Die Folge ist ein stabiler und einfacherer Betrieb in rauschempfindlichen Fahrzeugsystemen.

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.

Rohm auf der Electronica 2018: Halle C3, Stand 512

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