Motor-Ansteuerung Chip Shipping: Treiber & MCU für elektrische Antriebe

Von Gerd Kucera

Es gibt jetzt eine weitere Winning Combination, wie Renesas ihre optimierten Chip-Kombinationen nennt, die den RA6T2-Mikrocontroller mit dem aktuellen programmierbaren Smart-Gate-Treiber RAA227063 verbindet. Dieses Chip-Paar ist für weitere BLDC-Motorantriebe vorgesehen.

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Smarter und für die Kombination mit der MCU RA6T2 optimierter Gate-Treiber RAA227063.
Smarter und für die Kombination mit der MCU RA6T2 optimierter Gate-Treiber RAA227063.
(Bild: Renesas)

Vorweg: Die MCU RA6T2 und der 3-Phasen-Smart-Treiber bieten laut Renesas die gelungene Kombination aus Verarbeitungsgeschwindigkeit und Performance für Traktionsmotoren mit sehr kleinem Formfaktor. Dieses Paar erfülle eine Vielzahl von Leistungsanforderungen.

Der RAA227063 ist ein Gate-Treiber-IC für 3-phasige bürstenlose DC-Motoranwendungen (BLDC). Er enthält drei intelligente Halbbrücken-Gate-Treiber, die bis zu drei n-Kanal-MOSFET-Brücken ansteuern und Brückenspannungen von 4,5 bis 60 V zulassen.

Jeder Gate-Treiber unterstützt bis zu 1-A-Source- und 2-A-Sink-Spitzenstrom mit programmierbarer Ansteuerungssteuerung. Um Robustheit und Flexibilität zu gewährleisten, sind einstellbare und adaptive Totzeiten implementiert, active Clamping verhindert eine durch den Miller-Effekt verursachte Querleitung und erhöht die Robustheit. Offeriert wird der Treiberbaustein insbesondere zur Kombination mit den MCUs RA6T2.

Programmiert wird der neue Baustein über die SPI-Schnittstelle und ermöglicht sowohl die Ansteuerung von Motoren mit Sensoren für die Rotorpositionierung als auch für sensorlose Anwendungen. Der Treiber RAA227063 erlaubt eine programmierbare Gate-Treiberspannung für alle N-Kanal-MOSFETs, wie sie typischerweise in Motor-Inverteranwendungen zum Einsatz kommen. Ebenso werden beispielsweise GaN-FETs für Anwendungen mit hoher Leistungsdichte unterstützt.

Integration zusätzlicher Devices

Der Dreiphasen-FET-Treiber RAA227063 integriert einen 500-mA-Buck-Boost-Konverter, der die Low-Voltage-Logik direkt aus der Batterie mit einem höheren Wirkungsgrad (90%) im Vergleich zu einem herkömmlichen LDO (40%) versorgt, betont Renesas. Im Baustein ist auch ein 200-mA-LDO-Regler enthalten, der sowohl eine MCU als auch zusätzliche analoge Peripheriebausteine versorgen kann. Drei integrierte Strommessverstärker mit programmierbarer Verstärkung ermöglichen eine einfache Programmierung für eine Vielzahl von Messwiderstandskonfigurationen. Damit, so Renesas, vereinfachte das das hohe Maß an Integration die Entwicklung, reduziere die Stücklistengesamtkosten und reduziert die Bestückungsfläche um mindestens 30%.

Als Hauptmerkmale des neuen Gate-Treibers RAA227063 werden zusammenfassend genannt:

  • Hohe Integration vereinfacht die Inverter-Entwicklung und Anpassung an MCUs.
  • Programmierbare Gate-Treiberspannungen, um sowohl N-MOSFETs als auch GaN-FETs anzusteuern.
  • Unterstützung diverser Motorsteuerungsalgorithmen.
  • Messung der Gegen-EMK vereinfacht eine sensorlose Steuerung.
  • Programmierbar über SPI zur Unterstützung von BLDC-Motoren mit Sensoren für die Rotorposition, wie Hallsensoren oder Encoder.
  • Strommessung für bis zu drei Phasen programmierbar.
  • Skalierbar, um verschiedene MCUs zu unterstützen.
  • Umfangreiche Fehlerschutzfunktionen sichern den Inverter vor kritischen Fehlern und liefern Fehlerwarnungen für eine einfache Fehlerbehebung.
  • Adaptive Totzeit minimiert die Schaltverluste.
  • Sample and Hold erlaubt die Verwendung von Universal-MCUs mit mindestens drei ADCs und drei Timern zum Ansteuern von BLDC-Motoren.

Der Treiberbaustein RAA227063 hat ein 7 mm x 7 mm großes QFN-Gehäuse mit 48 Anschlüssen. Ergänzend gibt es ein Evaluation Kit (RTKA227063), das einen 500-W-Inverter beinhaltet, der mit verschiedenen CPU-Karten nutzbar ist.

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