Was ist ein IPD?
Ein IPD (Intelligent Power Device) ist ein Leistungs-IC, der einen Leistungsschalter, verschiedene Schutzschaltungen gegen Überhitzung und Überströme sowie Steuerschaltungen auf einem einzigen Chip enthält.
IPDs, die manchmal auch als IPS (Intelligent Power Switch) oder Smart Switch bezeichnet werden, sind Hochleistungs-Halbleiter-Leistungsschalter, die in der Lage sind, durch induktive Lasten verursachte Gegenenergie zu absorbieren.
IPDs sind als High-Side-Schalter, die in Bezug auf die externe Last auf der Stromseite platziert sind, und als Low-Side-Schalter, die auf der GND-Seite platziert sind, erhältlich und verfügen über eine für jede Anordnung geeignete Schaltungskonfiguration.
Anwendungen von IPDs
IPDs werden als Schalter zum Antrieb von induktiven Lasten wie Motoren, Solenoiden, Heizungen und Lampen verwendet, die Gegenenergie erzeugen können.
Besonders zahlreich sind die Anwendungen von IPDs im Automobilsektor, wo sie in einer Vielzahl von sicherheitskritischen Automobilkomponenten wie Steuergeräten (ECUs), ADAS (Advanced Driver Assistance Systems), Getriebesteuerungen, hydraulischen Aufhängungssteuerungen und Leistungsverteilungsmodulen eingesetzt werden. Die Produkte werden in einer Vielzahl von sicherheitskritischen Automobilkomponenten wie Getriebesteuergeräten, hydraulischen Aufhängungssteuergeräten und Energieverteilungsmodulen eingesetzt.
Sie werden auch in Industrieanlagen mit Motor- und Magnetantrieben sowie in Haushaltsgeräten wie Klimaanlagen, Ventilatoren und Deckenventilatoren eingesetzt.
Funktionsweise der IPDs
IPDs bestehen aus einem Netzgerät für den Antrieb, einem Stromsensor, einer Überstromschutzschaltung, einem Temperatursensor und einer Überhitzungsschutzschaltung.
Wenn eine induktive Last wie ein Motor oder eine Magnetspule angetrieben wird, wird um die induktive Last ein Magnetfeld erzeugt. Wenn der Antriebsstrom abgeschaltet wird, hört die Stromzufuhr auf und das Magnetfeld bricht zusammen, und die elektromagnetische Induktion aufgrund der Änderung des Magnetfelds induziert einen Strom in der entgegengesetzten Richtung und erzeugt eine Gegen-EMK. Die zu diesem Zeitpunkt erzeugte Gegen-EMK ist proportional zur Geschwindigkeit der Stromänderung und kann zu hohen Spannungsspitzen führen, die die Versorgungsspannung weit übersteigen.
Wenn eine solche Gegen-EMK auftritt, erkennt der Stromsensor des IPDs den Überstrom und schaltet die MOSFETs in der Überstromschutzschaltung aus, um den Strom zu unterbrechen. Wenn er feststellt, dass der Überstrom abgeklungen ist, wird der MOSFET der Schutzschaltung wieder eingeschaltet. Ein ähnliches Schutzsystem wirkt gegen Überhitzung.
Es gibt zwei Arten von IPDs: High-Side- und Low-Side-Schalter.
High-Side-Schalter werden zwischen einer externen Last und der Stromversorgung eingesetzt und eignen sich für Schaltungen, bei denen mehrere Lasten an eine einzige Stromversorgung angeschlossen sind. Da es sich bei Kraftfahrzeugen um eine feste Batterie und eine geerdete Umgebung handelt, werden häufig High-Side-Schalter verwendet, bei denen die eingebauten Geräte auf GND-Potenzial liegen, wenn der Schalter sich im ausgeschalteten Zustand befindet.
Low-Side-Schalter werden zwischen der externen Last und GND eingefügt und eignen sich für Schaltungen, bei denen Lasten an mehr als eine Stromquelle angeschlossen sind.