PCIM: SiC Automotive e

Microchip hat Siliziumkarbid-Leistungstransistoren in einem Demonstrator für elektronische Sicherungen für Elektrofahrzeugbatterien verwendet.

„Der Demonstrator kann Fehlerströme in Mikrosekunden erkennen und unterbrechen, 100 bis 500 Mal schneller als herkömmliche mechanische Ansätze“, so das Unternehmen. „Die schnelle Reaktion reduziert Spitzenkurzschlussströme erheblich von mehreren zehn Kiloampere auf Hunderte von Ampere, wodurch verhindert werden kann, dass ein Fehlerereignis zu einem schweren Ausfall führt.“

Es „bietet Designern eine SiC-basierte Lösung, um ihre Entwicklung anzukurbeln“, fügte Clayton Pillion, Vizepräsident von SiC bei Microchip, hinzu. „Das Solid-State-Design mindert Bedenken hinsichtlich der Langzeitzuverlässigkeit elektromechanischer Geräte, da keine Beeinträchtigungen durch mechanische Stöße, Lichtbögen oder Kontaktprellen auftreten.“

Die Demoplatine, die als „Hilfs-E-Sicherungsdesign“ beschrieben wird und daher nicht auf den Haupttraktionswechselrichter ausgerichtet ist, ist in sechs Versionen mit 400- oder 800-V-Batterien und 10-, 20- oder 30-A-Stromkreisen erhältlich.

„Tt kann jedoch skaliert werden, um Strom an den Haupttraktionswechselrichter zu liefern, indem mehr parallele SiC-Geräte verwendet werden“, sagte Microchip gegenüber Electronics Weekly.

Die Stromerkennung erfolgt stufenweise, wobei eine auf Komparatoren basierende reine Hardwareschaltung Hochstromfehler (100–200 A, also Kurzschlüsse) in einer Mikrosekunde erkennt. Von dort bis hinunter zu ~45 A für eine anspruchsvollere Steuerung der Ströme reagiert eine langsamere Firmware-Schleife in einem PIC-Mikrocontroller in etwa einer Millisekunde.

Darunter wird die Schätzung der Sperrschichttemperatur als strombegrenzende Metrik verwendet, um die E-Sicherung vor Überhitzung zu schützen. Die Schätzung basiert auf einer Thermistor-basierten Temperaturmessung, der Wärmekapazität des Kühlkörpers und dem Drainstrom – modelliert mit einem digitalen IIR-Filter (Infinite Impulse Response) erster Ordnung.

Zur Steuerung und Überwachung ist ein LIN-Bus enthalten.

„Die LIN-Schnittstelle ermöglicht die Konfiguration der Überstrom-Auslöseeigenschaften, ohne dass Hardwarekomponenten geändert werden müssen, und sie meldet auch den Diagnosestatus“, sagte Microchip. „Mit der rücksetzbaren Funktion des E-Sicherung-Demonstrators können Entwickler eine E-Sicherung ohne Einschränkungen hinsichtlich der Wartungsfreundlichkeit in das Fahrzeug einbauen.“

Die Platine benötigt eine eigene 9–16-V-Versorgung (<100 mA) und kann in Umgebungen zwischen -40 und +85 °C betrieben werden.

Softwareunterstützung und Debugging erfolgen über die MPLAB X IDE (integrierte Entwicklungsumgebung), und es gibt ein Entwicklungstool für serielle LIN-Analysatoren für PCs.

Es gibt eine E-Sicherung-Demo-Produktseite, viele der zugehörigen Informationen sind jedoch nur auf Anfrage erhältlich. Dieses Benutzerhandbuch enthält einige gute Zusatzinformationen

Besuchen Sie Microchip auf der PCIM am Stand 108 in Halle 7