Nutzen Sie intelligente High-Side-Treiber, um zu verhindern, dass Sachen explodieren

Für ein Halbleiterunternehmen zu arbeiten macht viel Spaß. Ich habe für fünf von ihnen gearbeitet, wenn ich meine Beratertätigkeiten mal weglasse. Alles dort ist zukunftsweisend, aber dennoch nicht ohne Ecken und Kanten. Besonders krass waren die 1990er, sozusagen der wilde Westen der Halbleiterbranche: Woche für Woche fielen neue Grenzen und die bahnbrechenden Entwicklungen in der Halbleiterphysik muteten an wie Magie.

Wer mich kennt, weiß, dass ich Zitate sammle. Meine Sammlung ist sozusagen ein Protokoll der skurrilsten Sprüche oder Dialoge in der Business-Welt (Kleines Beispiel gefällig? „Wann findet das 10-Uhr-Meeting statt?“). Von den Leuten in der Halbleiterbranche hört man die merkwürdigsten Sachen.

Wie zum Beispiel damals, als ein Entwicklungsingenieur für analoge Halbleitersysteme in einem Meeting mit einem Großkunden aus der Automobilindustrie aufstand und sehr langsam erklärte: „Ich habe drei Sachen zu sagen. Die erste ist unwichtig. Die zweite ist vertraulich und muss daher geheim bleiben. Und die dritte habe ich vergessen.“ – sprach‘s und setzte sich wieder hin. Sie können sich sicher die verwirrten Gesichter am Tisch vorstellen.

Halbleiter werden immer intelligenter; die Menschen nicht immer

Die unvergesslichsten Momente ergaben sich mitunter bei Gesprächen mit den Fertigungsleuten im Werk. Ich war Programmleiter für einen netten kleinen High-Side-Treiber. Diese neuen intelligenten Halbleiter starteten gerade durch, weil sie dem Entwickler viel Entwicklungsaufwand ersparten. High-Side-Treiber sind intelligente kleine Geräte, die auch vor Stromkreis- und Gerätefehlern schützen können, z. B. durch Kurzschlusserkennung.

Während der eingangs erwähnten Wild-West-Zeit hatte ich ein Telefongespräch mit einem QA-Testingenieur aus Europa. Ich hatte gelernt, Testingenieure als einige der schlauesten Köpfe in jedem Unternehmen zu respektieren. Ihre Rolle ist entscheidend, wenn die ersten Entwicklungsmuster eines Chips verfügbar sind, weil sie entscheiden, was das Teil kann und was nicht. Das Gespräch mit dem QA-Ingenieur entwickelte sich wie folgt:

Bill: „Wie ist der Stand der Dinge bei unserem neuesten High-Side-Treiber?“
QA: „Mhm, es gibt ein Problem mit dem Kurzschlussschutz.“
Bill: „Oh, was für ein Problem?“
QA: (lange Pause) „Das Teil explodiert.“
Bill: „WAAAS?!?!“
QA: „Keine Sorge, wir haben einen Test, mit dem wir herausfinden, ob das Teil in Ordnung ist.“
Bill: „Moment, welcher Test, wovon …?“
QA: (stolz) „Wir schließen das Teil einfach kurz. Wenn es nicht explodiert, ist es in Ordnung!!!“

Um welches Unternehmen und Produkt es sich genau handelte, soll hier unerwähnt bleiben, um den Schuldigen nicht bloßzustellen (derjenige weiß schon, wer gemeint ist). Später erfuhr ich, dass die QA-Ingenieure jeden High-Side-Treiber auf dem Prüfstand kurzschlossen. Wenn er explodierte, brach Jubel aus, und die Jungs gönnten sich einen Schluck von einem Erwachsenengetränk. (Bitte nicht nachmachen! Gleichzeitig testen und saufen ist nicht ratsam.)

Bei Erwähnung eines High-Side-Treibers muss ich deshalb immer schmunzeln.

Moderne High-Side-Treiber sind noch intelligenter und können neben dem Kurzschlussschutz auch Fehler wie Verbindungsunterbrechungen zwischen Last und Masse und mögliche thermische Defekte erkennen.

Abbildung 1: Der ISO8200BQ von STMicroelectronics steckt in einem TFQFPN32-Gehäuse mit einem netten dicken VCC-Pad, das 45 Volt bei 5,6 Ampere handhaben kann. Dadurch kann der achtkanalige High-Side-Treiber an jeden der acht Kanäle bis zu 0,7 Ampere liefern. (Bildquelle: STMicroelectronics)

STMicroelectronics hatte stets ein beeindruckendes Angebot an High-Side-Treibern, die sich problemlos mit den meisten Mikrocontrollern kombinieren lassen. Der ISO8200BQ beispielsweise ist ein achtkanaliger High-Side-Treiber und mit mehr Intelligenz ausgestattet als einige der Leute, mit denen ich in den 90ern zusammengearbeitet habe. Jeder der acht Kanäle hat einen Nennwiderstand RDS(ON) von 0,11 Ω bei 25 °C und kann 0,7 Ampere handhaben – unabhängig davon, ob es sich um eine induktive, kapazitive oder ohmsche Last handelt. Und ja: Kurzschlussschutz hat er auch; er wird also nicht explodieren. Jeder Kanal hat auch einen Übertemperaturschutz und überhitzt daher nicht.

Der ISO8200BQ lässt sich zur unabhängigen Steuerung der einzelnen Kanäle problemlos an den 8-Bit-Port der meisten Mikrocontroller anschließen und benötigt nur wenige externe Komponenten. Der ISO8200BQ hat eine globale Ausgangsaktivierung OUT_EN. Wird sie auf Low-Pegel gezogen, werden alle Ausgänge deaktiviert. Das erhöht die Sicherheit der Anwendung, weil der Mikrocontroller alle Lasten abschalten kann. In einer Industrieanlage ist das hilfreich, weil sich verhindern lässt, dass Dinge explodieren.

Zudem bietet die Komponente ein Aktiv-Low-Lastsignal (LOAD\), das alle Daten an den Eingangspins IN[1:8] in den Logikpuffern des Kanals speichert. Wenn das LOAD\-Signal auf Low-Pegel liegt, fließen die Daten weiter in die Logikpuffer der acht Kanäle. Wird LOAD\ auf High-Pegel gezogen, werden alle Daten in den Puffern gesperrt. Die Ausgänge OUT[1:8] des High-Side-Treibers entsprechen dem Zustand der Logikpuffer der acht Kanäle, wenn das Aktiv-Low-Synchronisierungsignal (SYNC\) auf Low-Pegel gezogen wird. Wird SYNC\ auf High-Pegel gezogen, werden die Treiberzustände gesperrt.

Wenn sowohl LOAD\ als auch SYNC\ die ganze Zeit auf Low-Pegel gehalten werden, verhält sich der ISO8200BQ wie ein normaler High-Side-Treiber, und die Signale an IN[1:8] werden sofort an OUT[1:8] reflektiert.

Die galvanische Trennung macht alles viel sicherer, weil die 5-Volt-Logikseite des Geräts von der 48-Volt-Hochvoltseite des Geräts elektrisch getrennt ist. Das erhöht die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Schaltkreises.

Jetzt lässt sich problemlos jede Art von Last fahren, und wenn das Teil nicht explodiert, ist es (trotzdem) gut!

Über den Autor

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Bill Giovino ist Elektronikingenieur mit einem BSEE von der Syracuse University und einer der wenigen, die erfolgreich vom Entwicklungsingenieur über den Anwendungsingenieur zum Technologiemarketing wechselten.

Seit über 25 Jahren wirbt Bill für neue Technologien vor technischem und nicht-technischem Publikum für viele Unternehmen, darunter STMicroelectronics, Intel und Maxim Integrated. Während seiner Zeit bei STMicroelectronics trug Bill dazu bei, die frühen Erfolge des Unternehmens in der Mikrocontroller-Industrie voranzutreiben. Bei Infineon inszenierte Bill die ersten Erfolge des Unternehmens im Bereich Mikrocontroller-Design in den USA. Als Marketingberater für sein Unternehmen CPU Technologies hat Bill vielen Unternehmen geholfen, unterbewertete Produkte in Erfolgsgeschichten zu verwandeln.

Bill war zudem ein früher Anwender des Internets der Dinge, einschließlich der Implementierung des ersten vollständigen TCP/IP-Stacks auf einem Mikrocontroller. Die Botschaft von „Verkauf durch Aufklärung“ und die zunehmende Bedeutung einer klaren, gut geschriebenen Kommunikation bei der Vermarktung von Produkten im Internet sind Bills Anliegen. Er ist Moderator der beliebten „Semiconductor Sales & Marketing Group“ auf LinkedIn und spricht fließend B2E.

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