In modernen Fahrzeugen übernehmen kleine elektrische Antriebe vielfältige Aufgaben – von der Kühlung der Batterie über die Sitzverstellung bis hin zur Ansteuerung von Klappen und Lüftern (Abb. 1). Besonders in elektrifizierten Architekturen steigt ihre Zahl kontinuierlich – häufig unter beengten Bedingungen. Dabei setzt sich der bürstenlose Gleichstrommotor (BLDC) zunehmend durch, da er kompakter, effizienter und wartungsärmer ist als herkömmliche DC-Motoren. Gleichzeitig wachsen die Anforderungen an die funktionale Sicherheit, Cybersecurity und elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Gefragt sind kompakte, robuste und integrierte Steuerlösungen, die sowohl in der Entwicklung als auch in Serie wirtschaftlich umsetzbar sind.
Hier kommen die Weiterentwicklungen der MOTIX MCU-Serie von Infineon ins Spiel, insbesondere der B6-Brückentreiber (TLE995x) und der H-Brückentreiber (TLE994x). Sie sind für den Einsatz in einer Vielzahl kleiner bis mittlerer Motoranwendungen im Fahrzeug konzipiert, bei denen eine kompakte Bauform, Kosteneffizienz und funktionale Sicherheit wichtig sind.
Funktionale Integration für dezentrale Steuerung
Ein besonderer Anwendungsbereich ergibt sich im Thermomanagement von Elektro- und Hybridfahrzeugen. Um Batterie, Leistungselektronik und Innenraum gezielt zu temperieren, sind mehrere kleinere Pumpen und Lüfter erforderlich. Diese Systeme müssen auf engem Bauraum untergebracht werden, oft in unmittelbarer Nähe zu Wärmequellen oder in feuchten Umgebungen. Das erfordert kompakte, robuste und zuverlässige Steuergeräte. Die TLE995x-Serie bietet hierfür eine geeignete Plattform: Basierend auf einem 32-bit Arm Cortex-M23-Core (40 MHz, 0,98 DMIPS/MHz, unterstützt durch 72 kB Flash und 6 kB RAM) integriert sie neben der Motortreiberstufe auch die Stromversorgung sowie eine LIN-Kommunikationsschnittstelle in einem TSDSO-32-Gehäuse mit guten thermischen Eigenschaften und einer Grundfläche von nur 6 mm × 9 mm (Abb. 2).
Bei Komfortfunktionen wie elektrisch verstellbaren Sitzen, Fensterhebern, Schiebedächern oder Ladeflächenabdeckungen sind kostensensitive Lösungen gefragt, die über Schutz- und Diagnosefunktionen verfügen müssen. Nur so lassen sich etwa Blockadeerkennung, Stromgrenzen oder Fehlerkommunikation über LIN realisieren. Die vollständig integrierte LIN-Schnittstelle und die Diagnosefunktionen erleichtern die Systemintegration in bestehende Fahrzeugarchitekturen. Trotz der geringeren Core-Leistung im Vergleich zum Vorgängermodell TLE987x erfüllt der TLE995x die hohen Anforderungen moderner Motorsteuerungen. Dies wird durch effiziente Algorithmen wie die feldorientierte Regelung (FoC) im Dual-Cycle-Betrieb unterstützt, die von Softwarepartnern bereitgestellt werden.
Tabelle 1: TLE987x vs. TLE995x
| Merkmal | TLE987x | TLE995x |
| CPU | ARM Cortex-M3, 40 MHz | ARM Cortex-M23, 40 MHz |
| Speicher | bis zu 128 kB Flash, 6 kB RAM | 72 kB Flash, 6 kB RAM |
| Safety/Security | Grundfunktionen | ISO 26262, ASIL B, TrustZone |
| Kommunikation | LIN | LIN |
| Strommessung | Integrierter CSA + ADC | Integrierter CSA + ADC |
| Anwendung | Generische BLDC-Steuerung | Kostenoptimierte generische BLDC-Steuerung für „Low-End“-Anwendungen mit weniger komplexen Anforderungen |
Sicherheitsfunktionen im Fokus
Die zentrale Neuerung ist der Fokus auf integrierte Sicherheits- und Schutzmechanismen. Die Architektur wurde gemäß ISO 26262 entwickelt und erfüllt Anforderungen bis ASIL B. Der ARM-Core unterstützt Safe-Computing, womit sich Safe-Communication implementieren lässt, und verfügt über einen sicheren Abschaltpfad für die Endstufe. Im Bereich Cybersecurity kommt die ARM TrustZone-Technologie zum Einsatz. Sie sorgt dafür, dass sensible Daten und Prozesse, die für die Sicherheit eines Systems entscheidend sind, in einem geschützten Bereich ausgeführt werden, der vor Manipulationen und unbefugtem Zugriff geschützt ist.
Weitere Eigenschaften:
- Peripheriegeräte für die Motorsteuerung: Die CCU7 Advanced Timer Unit unterstützt die symmetrische und asymmetrische PWM-Generierung und ist direkt mit dem Brückentreiber verbunden. Dieser verfügt über einen Drei-Schritt-Sequenzer und einen Hochgeschwindigkeitssequenzer für die VDS-Slope-Zeitmessung. Damit lassen sich zum Beispiel die Rise- und Falltime einstellen und regeln. Die Dual-Stage-Charge-Pump unterstützt einen 100-prozentigen Duty Cycle und kann den Verpolschutz-FET einschalten.
- Der Current Sense Amplifier ermöglicht eine differenzielle Spannungsmessung über einen externen Shunt und ist direkt mit dem ADC verbunden. Der Spannungsbereich ist einstellbar und der Current Sense Amplifier zeichnet sich durch hohe Genauigkeit und niedrigen Gain-Drift aus. Eine Überstromabschaltung ist ebenfalls integriert.
- Diagnose: Der Controller bietet umfangreiche Diagnose- und Schutzfunktionen, die in das MOTIX 32-bit Motor Control System-on-Chip integriert sind. Dazu gehören einstellbare Über- und Unterspannungserkennung und Abschaltung, Überstromerkennung und Abschaltung für externe MOSFETs sowie eine OFF-State-Open-Load-Erkennung.
- 12-Bit-SAR-ADC: Der ADC bietet komplexe Post-Processing-Funktionen wie Averaging und Thresholds und kann eigenständig die Back EMF detektieren und intern zur Verfügung stellen.
System-in-Package bietet Entwicklern Vorteile
Für Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf steht die System-in-Package-Lösung TLE9954QSW40-33 zur Verfügung. Sie kombiniert den TLE9954-Motorcontroller mit sechs OptiMOS 7-MOSFETs in einem Gehäuse und ist damit die erste vollintegrierte 12-V-Automotive-Lösung für Motoranwendungen bis circa 150 W.
Durch die direkte Integration der Leistungshalbleiter mit dem Brückentreiber ergeben sich mehrere technische Vorteile:
- Reduzierte Leitungsinduktivitäten zwischen Treiber und MOSFETs senken die Schaltverluste und ermöglichen kürzere Totzeiten.
- Verringerte EMV-Emissionen, da die Leiterbahnlänge minimiert wird.
- Reduktion externer Bauteile, insbesondere bei der Gate-Ansteuerung und dem Schutzdesign.
- Kompaktere Bauform, wodurch sich kleinere Steuergeräte realisieren lassen.
Das Package misst 9,5 mm × 9,5 mm und adressiert Anwendungen im Leistungsbereich bis etwa 150 W – abhängig von den thermischen Randbedingungen. Die thermische Anbindung des SiP (System-in-Package) in diesem hochintegrierten Ansatz ist entscheidend für die Gesamtleistung des Systems.
Software und Entwicklungsunterstützung
Für die TLE995x-Serie steht ein umfangreiches Softwarepaket zur Verfügung. Dieses umfasst ASPICE- und MISRA-konforme Komponenten, Peripherietreiber sowie Beispielanwendungen und Referenzprojekte. Der Zugriff erfolgt über das Infineon Developer Center.
Zur Integration in Applikationen stehen kommerzielle Softwarelösungen von Partnern bereit. MOTEON und EONAS bieten feldorientierte Regelungsalgorithmen (FOC) und weitere Motorsteuerungssoftware. IHR stellt einen für den TLE995x optimierten LIN-Stack bereit. Diese Tool- und Softwareunterstützung vereinfacht die Entwicklung robuster und standardkonformer Steuergeräte.
Die SiP-Variante TLE9954QSW40-33 wird derzeit bemustert und erste Testexemplare befinden sich bei Kunden im Einsatz. Der Serienanlauf ist für Mitte 2026 geplant. Die Varianten TLE995x und TLE994X sind seit Juni in Produktion. Zur Evaluierung stehen passende Designrichtlinien und Referenzplatinen zur Verfügung.
Mit Blick auf die Zukunft ist davon auszugehen, dass die Anforderungen an funktionale Sicherheit, Energieeffizienz und Vernetzung weiter steigen werden. Infineon plant daher bereits die Ausweitung des Portfolios auf Industrieanwendungen (IFX995x, IFX994x). Die Lösungen zielen auf Entwicklerinnen und Entwickler ab, die eine platz- und kosteneffiziente Steuerung kleiner Antriebe suchen, ohne Abstriche bei Sicherheit, Diagnose oder EMV machen zu müssen.
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