Einchip-Energieversorgungsarchitektur für Fahrzeugbremssysteme

Allegro MicroSystems hat den A81415 vorgestellt, einen nach ASIL-D zertifizierten Power-Management-IC (PMIC), der Energieverwaltung und Raddrehzahlsignaldekodierung in einem einzigen Baustein für elektromechanische Bremssysteme (EMB) vereint. Die Lösung richtet sich an Brake-by-Wire-Anwendungen im Automobilbereich, bei denen funktionale Sicherheit, kompakte Elektronik und eine zuverlässige Raddrehzahlerfassung entscheidend für die Fahrzeugsteuerung sind.

Integrierte Energieversorgung und Raddrehzahlerfassung für Brake-by-Wire-Systeme
Die Brake-by-Wire-Technologie entwickelt sich zu einem zentralen Bestandteil softwaredefinierter Fahrzeugarchitekturen, indem sie herkömmliche hydraulische Bremssysteme durch elektronisch gesteuerte elektromechanische Systeme ersetzt. Die Elektronik an jedem Rad muss Vibrationen, Temperaturschwankungen und elektrischen Störungen standhalten und gleichzeitig einen ausfallsicheren Betrieb sowie die Einhaltung der Anforderungen an die funktionale Sicherheit gewährleisten.

Herkömmliche Brake-by-Wire-Konzepte erfordern in der Regel separate Sicherheits-PMICs, Raddrehzahldekoder und zahlreiche diskrete Leistungskomponenten. Dies erhöht die Komplexität der Leiterplatte, beansprucht zusätzlichen Bauraum und schafft weitere potenzielle Fehlerquellen in sicherheitskritischen Radmodulen.

Der A81415 integriert diese Funktionen in einem einzigen Baustein, indem er eine Raddrehzahlsensorschnittstelle, einen Buck-Boost-Vorregler, fünf Low-Dropout-Regler (LDOs) sowie eine Ein-Induktor-Leistungsarchitektur ohne externe Schalter oder Dioden kombiniert. Nach Angaben von Allegro entfallen dadurch bis zu neun externe Bauteile, die Halbleiterstückliste kann um bis zu 4 US-Dollar pro Fahrzeug reduziert werden und mehr als 50 % der nutzbaren Leiterplattenfläche stehen zusätzlich für die Elektronik des Bremssattels zur Verfügung.

Raddrehzahldatenverarbeitung und funktionale Sicherheit
Die integrierte Raddrehzahlsensorschnittstelle unterstützt Standardprotokolle mit zwei Pegeln, Pulsweitenmodulation (PWM) mit zwei Pegeln sowie AK-Protokolle mit drei Pegeln einschließlich hochauflösender Varianten. Die Sensordaten werden intern dekodiert und über eine Serial Peripheral Interface (SPI)-Schnittstelle übertragen, sodass kein separater Dekoderbaustein erforderlich ist.

Die interne Verarbeitung der Raddrehzahlsignale reduziert die Latenz im sicherheitskritischen Bremsregelkreis und entlastet den Mikrocontroller. Die rauscharmen Versorgungsspannungen sind für die Versorgung von Raddrehzahl- und Winkelsensoren in elektromechanischen Bremsaktuatoren ausgelegt und unterstützen eine hohe Signalintegrität entlang der gesamten Bremssteuerung.

Der Baustein ist nach AEC-Q100 qualifiziert und verfügt über zwei Watchdogs sowie integrierte Fehlerüberwachungsfunktionen, die die Anforderungen der funktionalen Sicherheit nach ASIL-D erfüllen, ohne dass zusätzliche externe Schutzschaltungen erforderlich sind.

Skalierbare Energieversorgungsarchitektur für 12- und 48-Volt-Fahrzeuge
Der PMIC wird im Automotive-Grade-0-Prozess von Allegro gefertigt und ist sowohl für bestehende 12-Volt-Bordnetze als auch für künftige 48-Volt-Fahrzeugarchitekturen ausgelegt. In Kombination mit dem APM81815-Vorregler und kompatiblen 48-Volt-Gate-Treibern ermöglicht die Plattform Zulieferern eine modulare Migration bestehender Bremsarchitekturen auf Brake-by-Wire-Radmodule der nächsten Generation bei reduziertem Entwicklungsaufwand.

Peter Wells, Business Line Director High Performance Power bei Allegro MicroSystems, erklärte, dass die Integration von Raddrehzahlerfassung und Energieverwaltung in einem einzigen Baustein eine skalierbare Grundlage für zukünftige intelligente Fahrwerkssysteme schafft, indem Sensorik und Leistungselektronik direkt im Radmodul zusammengeführt werden.

Zusätzlicher Kontext: Technische Spezifikationen und Wettbewerbsvergleich
PMICs für sicherheitskritische Fahrwerksanwendungen werden von mehreren Halbleiterherstellern wie Infineon, NXP, STMicroelectronics und Allegro angeboten. Die meisten ASIL-D-fähigen Lösungen integrieren mehrere Spannungsregler, Watchdogs, Diagnosefunktionen und Sicherheitsüberwachung für Anwendungen wie Bremssysteme, Lenkung und Fahrerassistenzsysteme. Für die Raddrehzahlerfassung ist jedoch in der Regel ein separater Dekoder oder eine zusätzliche Sensorschnittstelle erforderlich.

Der A81415 unterscheidet sich durch die direkte Integration der Raddrehzahlsignaldekodierung in den PMIC und unterstützt mehrere Kommunikationsprotokolle für Raddrehzahlsensoren. Die Kombination aus integrierter Sensorik, fünf LDO-Reglern, Buck-Boost-Wandler, Ein-Induktor-Architektur, AEC-Q100-Qualifizierung und ASIL-D-konformer funktionaler Sicherheit reduziert die Anzahl externer Komponenten und den Platzbedarf auf der Leiterplatte gegenüber herkömmlichen Mehrchip-Lösungen für Brake-by-Wire-Systeme.

Bearbeitet von Sucithra Mani, Redakteurin bei Induportals – mit Unterstützung von KI adaptiert.

www.allegromicro.com