Präzision, Power, Performance: Das perfekte Trio für Ihr nächstes Motorcontrol-Design

In der modernen Elektronikentwicklung ist die effiziente Ansteuerung von Motoren weit mehr als nur das Ein- und Ausschalten einer Last. Ob in der hochpräzisen Robotik, der energieeffizienten Gebäudeautomatisierung oder der robusten Industriesteuerung – Motorsteuerungen fungieren als das entscheidende Bindeglied zwischen der digitalen Intelligenz eines Mikrocontrollers und der physikalischen Kraftentfaltung des Aktors. Für Entwickler liegt die Herausforderung heute darin, ein optimales Gleichgewicht zwischen Leistungsdichte, thermischem Management und elektromagnetischer Verträglichkeit zu finden, während gleichzeitig die Anforderungen an funktionale Sicherheit und Energieeffizienz stetig steigen.

Die Auswahl des richtigen Treiber-ICs hängt primär von der Motortypologie und der geforderten Regelgüte ab. Grundsätzlich lassen sich die auf dem Markt verfügbaren Halbleiterlösungen in drei Hauptkategorien unterteilen:

1. Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren (BDC) und H-Brücken

Die einfachste Form der Ansteuerung erfolgt über die klassische H-Brücke. Diese besteht aus vier Schaltelementen (meist MOSFETs), die paarweise aktiviert werden, um die Polarität am Motor zu ändern und somit die Drehrichtung zu steuern. Die Drehzahlregulierung erfolgt hierbei üblicherweise über Pulsweitenmodulation (PWM). 

Die Pulsweitenmodulation ist ein Modulationsverfahren zur Steuerung der Leistungsabgabe an eine elektrische Last bei konstanter Versorgungsspannung. Anstatt die Amplitude der Spannung kontinuierlich zu variieren (was bei Analogreglern zu hohen thermischen Verlusten führen würde), wird die Last mit einer festen Hochfrequenz zwischen dem Ein- und Aus-Zustand geschaltet. Einfach ausgedrückt ist PWM wie ein Schalter, den man so schnell betätigt, dass das der Motor nur noch den Durchschnittswert der Energie wahrnimmt.

Moderne integrierte Treiber verfügen heute über integrierte Ladungspumpen für die High-Side-N-Kanal-MOSFETs sowie umfassende Diagnosefunktionen wie Überstromschutz und Leerlauferkennung.

2. Schrittmotor-Treiber (Stepper)

Für Anwendungen, die eine exakte Positionierung ohne teure Feedbacksysteme erfordern, sind Schrittmotor-Treiber essenziell. Diese ICs steuern zwei oder mehr Wicklungen sequenziell an. Bei einem Schrittmotor entsteht die Drehbewegung durch das gezielte sequenzielle Ein- und Ausschalten von elektromagnetischen Feldern im Stator, die einen magnetischen Rotor Schritt für Schritt in eine neue Position zwingen. 

Im Gegensatz zum BLDC-Motor, der auf hohe Drehzahlen ausgelegt ist, wird der Schrittmotor darauf optimiert, in fest definierten Winkeln (Schritten) "einzurasten". Die Drehbewegung entsteht durch das kontinuierliche Versetzen des magnetischen Haltepunktes. Der Motor "fällt" quasi von einem Magnetfeld ins nächste. Da der Treiber-IC diesen Vorgang extrem schnell und präzise steuern kann, nehmen wir die Abfolge der Einzelschritte bei hohen Frequenzen als eine flüssige Drehbewegung wahr.

Technologische Fortschritte wie das Microstepping ermöglichen eine annähernd sinusförmige Stromregelung in den Motorwicklungen. Dadurch werden Drehmomentwelligkeit und Vibrationen deutlich reduziert, während gleichzeitig die Laufruhe und die Positionierauflösung verbessert werden. Fortschrittliche Bauteile integrieren zudem Algorithmen zur sensorlosen Laststrommessung, um einen drohenden Schrittverlust (Stall) frühzeitig zu erkennen.

3. Bürstenlose Gleichstrom- (BLDC) und PMSM-Controller

Die komplexeste, aber auch effizienteste Kategorie umfasst Treiber für bürstenlose Motoren. Da diese elektronisch kommutiert werden müssen, benötigen sie eine Drei-Phasen-Inverterbrücke (sechs MOSFETs). Kommutieren ist das gezielte Umschalten des Stroms in den Wicklungen (Spulen) eines Elektromotors, damit dieser sich kontinuierlich weiterdreht. Die Ansteuerung erfolgt entweder trapezförmig (blockkommutiert) oder – für maximale Laufruhe und Effizienz – mittels feldorientierter Regelung (FOC). High-End-Controller integrieren hierfür bereits dedizierte Hardware-Beschleuniger für die Clarke- und Park-Transformationen, um den Hauptprozessor zu entlasten.

Die Blockkommutierung ist das einfachste Verfahren, bei dem der Motor durch hartes Umschalten von Stromblöcken in sechs Schritten angetrieben wird, was zwar robust ist, aber zu Vibrationen führt. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Feldorientierte Regelung (FOC) einen hocheffizienten und flüsterleisen Betrieb, indem sie die Motorströme als präzise Sinuswellen steuert. Das Herzstück der FOC ist die mathematische Vereinfachung: Die Clarke-Transformation projiziert die drei Phasenströme zunächst in ein zweidimensionales Koordinatensystem, woraufhin die Park-Transformation dieses System mit dem Rotor "mitdreht". Dadurch werden die komplexen Wechselgrößen für den Regler wie einfache Gleichgrößen behandelbar, sodass das magnetische Feld jederzeit perfekt ausgerichtet bleibt, um das maximale Drehmoment bei minimalem Energieaufwand zu erzeugen.

Einfach gesagt: Die Regelung „folgt“ permanent der Rotorposition und richtet das Magnetfeld des Motors kontinuierlich optimal aus. Dadurch werden maximale Effizienz, ein hohes Drehmoment und ein besonders ruhiger Motorlauf erreicht.

Ein PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) ist die High-End-Variante eines bürstenlosen Motors. Er nutzt die FOC und die Clarke/Park-Transformation, um seine volle Stärke auszuspielen. Während ein BLDC eher der "robuste Arbeiter" ist, ist der PMSM der "Präzisionskünstler".

Die Wahl der Halbleiterlösung wird maßgeblich durch das Einsatzgebiet bestimmt. Jedes Segment stellt spezifische Anforderungen an die Robustheit und Funktionalität:

• Industrieautomatisierung & Robotik: Hier dominieren BLDC- und Schrittmotorlösungen. In Multi-Achsen-Systemen oder kollaborativen Robotern (Cobots) sind eine geringe Latenz in der Stromregelung und integrierte Sicherheitsfunktionen (wie Safe Torque Off - STO) kritisch.
• Automotive-Systeme: Von der elektrischen Servolenkung bis hin zu HVAC-Gebläsen müssen Motorsteuerungen hier extremen Temperaturbereichen standhalten und AEC-Q100 zertifiziert sein. Die Integration von LIN- oder CAN-Schnittstellen direkt im Treibergehäuse ist hier Standard.
• Medizintechnik: In chirurgischen Werkzeugen oder Beatmungsgeräten wird höchste Zuverlässigkeit bei minimaler Geräuschentwicklung gefordert. Hier kommen oft hochintegrierte FOC-Controller zum Einsatz, die ein extrem sanftes Anlaufverhalten garantieren.
• Consumer & White Goods: In Akku-Werkzeugen oder modernen Haushaltsgeräten steht die Effizienz im Vordergrund, um Batterielaufzeiten zu maximieren oder Energieeffizienzklassen zu erreichen. Kosteneffiziente, hochintegrierte System-on-Chips (SoCs), die Gate-Treiber und MCU vereinen, sind hier die bevorzugte Wahl.

Die Auswahl des passenden Motorcontrollers ist eine Design-Entscheidung, die die Performance des Endprodukts maßgeblich beeinflusst. Während integrierte All-in-One-Lösungen die Time-to-Market verkürzen, bieten diskrete Designs mit separaten Gate-Treibern und Leistungs-MOSFETs die nötige Flexibilität für Hochleistungsanwendungen.

Um den vielfältigen Anforderungen moderner Elektronikdesigns gerecht zu werden, bündelt TOPAS die Expertise von drei Herstellern. Diese Auswahl ermöglicht es Entwicklern, für verschieden Leistungsklassen und Regelungskomplexitäten die passende Halbleiterlösung zu finden.

1. Nisshinbo: Präzision und Zuverlässigkeit

Nisshinbo (ehemals New Japan Radio und Ricoh Electronic Devices) ist bekannt für seine Expertise in der analogen Signalverarbeitung. Im Bereich Motorcontrol liegt der Fokus auf hochintegrierten Treibern für kleine bis mittlere Leistungsbereiche.

• Technologische Highlights: Die Treiber zeichnen sich durch ein gutes thermisches Management und eine hohe Störfestigkeit aus. Besonders hervorzuheben sind die integrierten Schutzfunktionen, die in kompakten Gehäusen realisiert werden.
• Anwendungsschwerpunkte: Nisshinbo-Lösungen finden sich häufig in Büroautomatisierung, Unterhaltungselektronik und Industrieapplikationen, bei denen es auf Langlebigkeit und eine rauscharme Ansteuerung von bürstenbehafteten/bürstenlosen DC-Motoren und Schrittmotoren ankommt.

2. LSI/CSI: Dedizierte Hardware-Controller für präzise Bewegungsabläufe

LSI/CSI (LS Computer Systems, Inc.) entwickelt spezialisierte Motor-Controller-ICs, die zeitkritische Steuerungs- und Regelungsaufgaben eigenständig ausführen. Dadurch lassen sich leistungsfähige Motion-Control-Systeme mit geringerem Softwareaufwand und reduzierter Prozessorbelastung realisieren.

• Technologische Highlights: Das Portfolio umfasst spezialisierte Controller für Schrittmotoren und bürstenlose Antriebe. Besonders hervorzuheben sind ICs, die Profile für Beschleunigung und Verzögerung (Rampensteuerung) eigenständig generieren. LSI/CSI bietet auch spezialisierte Schnittstellen-ICs zur hochgenauen Quadratur-Encoder-Auswertung, die nahtlos mit ihren Motor-Controllern zusammenarbeiten, um geschlossene Regelkreise (Closed-Loop) zu realisieren. Diese „Hard-Wired“-Logik garantiert ein deterministisches Zeitverhalten, das rein softwarebasierte Lösungen oft nur mit extremem Programmieraufwand erreichen.
• Anwendungsschwerpunkte: Diese Controller sind ideal für Entwickler, die hochpräzise, echtzeitkritische Positionieraufgaben realisieren müssen, ohne den Hauptprozessor mit dem Low-Level-Timing der Motorphasen zu belasten. Typische Einsatzfelder sind die Laborautomatisierung, professionelle Drucksysteme und industrielle Montageroboter, bei denen synchrone Bewegungsabläufe über mehrere Achsen hinweg gefordert sind.

3. Silergy: Maximale Effizienz durch innovative Prozesstechnologie

Silergy hat sich als einer der Innovationsführer im Bereich Power Management etabliert. Das Unternehmen nutzt proprietäre Prozesstechnologien, um Motorsteuerungslösungen mit hoher Leistungsdichte zu entwickeln.

• Technologische Highlights: Die Motor-Treiber von Silergy zeichnen sich durch sehr niedrige On-Widerstände aus (unter 100 mOhm), was die Verlustleistung minimiert und den Wirkungsgrad steigert. Dies ermöglicht den Verzicht auf externe Kühlkörper selbst in räumlich begrenzten Designs. Zudem bietet Silergy hochintegrierte Drei-Phasen-Treiber für BLDC-Anwendungen an, die bereits wichtige Diagnose- und Steuerungsalgorithmen hardwarenah implementieren
• Anwendungsschwerpunkte: Silergy ist eine gute Wahl für batteriebetriebene Geräte, kompakte Haushaltsgeräte (White Goods) und moderne Smart-Home-Anwendungen, bei denen Energieeffizienz und Bauraumoptimierung die primären Design-Ziele sind.

Ob es um die robuste Ansteuerung einer Industriepumpe oder die flüsterleise Positionierung einer Kamera geht, die technologische Diversität von Nisshinbo, LSI/CSI und Silergy deckt ein weites Spektrum der modernen Motorsteuerung ab.

Nisshinbo hat sich als Spezialist für analoge ICs etabliert. Das Motorsteuerungsspektrum deckt dabei vier wesentliche technologische Säulen ab, die von der einfachen Aktuatorik bis hin zur komplexen dreiphasigen Regelung reichen.

1. Stepper Motor ICs: Präzision durch integrierte Stromregelung

Nisshinbo bietet sowohl bipolare als auch unipolare Schrittmotortreiber an, die sich durch eine hohe Integration von Logik und Leistungsstufe auszeichnen.

• Funktion: Die ICs wandeln Takt- und Richtungssignale direkt in präzise Phasenströme um. Einige Modelle unterstützen Microstepping (feinstufige Schrittmodi - wie Quarter-Step oder W1-2 Phase), was die Laufruhe signifikant erhöht.
   
• Produkthighlights: Besonders hervorzuheben ist die integrierte Konstantstrom-Steuerung, die Drehmomentschwankungen minimiert. Bausteine wie die NJW43xx-Serie bieten zudem eine 2-Bit-Stromselektion und weite Betriebsspannungsbereiche bis 40V und mehr, ideal für industrielle Positioniersysteme.

2. Three-Phase BLDC Motor ICs: Effizienz für Hochleistungsantriebe

Für bürstenlose Gleichstrommotoren liefert Nisshinbo spezialisierte Pre-Driver und Controller, die vor allem auf Zuverlässigkeit und thermische Stabilität optimiert sind.

• Funktion: Diese ICs steuern externe MOSFET-Brücken an, um 120°-Blockkommutierungen oder 150°-Verfahren umzusetzen (das 150°-Verfahren ist eine Weiterentwicklung, um die Lücke zwischen der harten Blockkommutierung und der sanften Sinusregelung (FOC) zu schließen). Sie fungieren als intelligente Schnittstelle zwischen MCU und Motor.
   
• Produkthighlights: Ein Highlight ist die "Quick Start"-Funktion (z.B. beim NA7200), die ein schnelles und sicheres Anlaufen des Motors aus dem Stillstand ermöglicht. Zudem sind auch Treiber für den Automotive-Bereich (-40 bis +125°C) qualifiziert, was sie für anspruchsvolle Umgebungen prädestiniert.

3. Single/Two-Phase BLDC Motor ICs: Kompaktheit für Lüfter und Pumpen

In Anwendungen, in denen Bauraum und Kosten kritisch sind, kommen ein- oder zweiphasige Lösungen zum Einsatz.

• Funktion: Diese Treiber sind oft als "Full-Bridge"-ICs konzipiert, die Hall-Sensor-Signale direkt verarbeiten können, um kleine Motoren mit minimalem externen Beschaltungsaufwand zu betreiben.
   
• Produkthighlights: Nisshinbo setzt hier auf Features wie Lock Protection und Auto-Restart, um die Systemsicherheit bei blockiertem Rotor zu gewährleisten. Die integrierte Soft-Start-Funktion und PWM-Drehzahlregelung sorgen für einen akustisch optimierten, leisen Betrieb – essenziell für die Kühlung in der IT-Infrastruktur oder Medizintechnik.

4. Actuator & Gate Drivers: Flexibilität in der Leistungsstufe

Diese Kategorie umfasst universelle H-Brücken-Treiber für bürstenbehaftete Motoren sowie dedizierte Gate-Treiber für diskrete Designs.

• Funktion: Actuator-Driver sind für die direkte Ansteuerung kleiner Lasten ausgelegt, während Gate-Treiber die nötigen Schaltströme liefern, um große externe N-Kanal-MOSFETs und IGBTs schnell und effizient zu schalten.
   
• Produkthighlights: Die Gate-Treiber zeichnen sich durch robuste Schutzschaltungen (Unterspannungssperre, Thermal Shutdown) aus. Spezielle Half-Bridge- und Sink/Source-Treiber ermöglichen maximale Design-Freiheit beim Aufbau individueller Inverterstufen, auch für hohe Ströme.

Das Portfolio von Nisshinbo zeichnet sich durch eine klare Trennung in anwendungsspezifische Optimierungen aus. Während die Stepper-ICs auf Positioniergenauigkeit fokussieren, bieten die BLDC-Lösungen Effizienz und Robustheit für den Dauerbetrieb. Für Entwickler bedeutet dies: Weniger externe Bauteile, geringeres thermisches Risiko und eine beschleunigte Zertifizierung durch Automotive-konforme Standards.

1. Stepper Motor Controls (Schrittmotor-Steuerungen)

Die ICs in diesem Segment sind darauf ausgelegt, die Erzeugung von Schritt- und Richtungssignalen sowie die Stromregelung direkt in der Hardware abzubilden, um die Systemkomplexität auf Host-Ebene zu minimieren.

• Funktion: Diese ICs dienen als hochpräzise Controller für bipolare (2-Phasen) und unipolar (4-Phasen) Schrittmotoren. Sie übersetzen einfache Logikbefehle des Host-Mikrocontrollers in die korrekten Phasen- und Kommutierungssequenzen für die nachgeschalteten Leistungstreiber (wie z. B. H-Brücken).
   
• Produkthighlights & Serien (z. B. LS7290, LS8297):
   
  • Hardwarebasierte Bewegungssteuerung: Zeitkritische Funktionen wie Schrittsequenzen und Phasenumschaltungen werden direkt im IC ausgeführt, wodurch die Rechenlast des Mikrocontrollers reduziert wird.
     
  • Programmierbare Schrittweiten (Step Sizes): Unterstützung von Full-Step und Half-Step bis hin zu feineren Auflösungen (wie Microstepping-Modulationen beim LS8292/3) für erhöhte Laufruhe.
     
  • Direkter Industriestandard-Ersatz: Bausteine wie die LS8297-Serie wurden als leistungsfähigerer, kostengünstigerer und funktional erweiterter Ersatz für klassische Industriestandards (wie den L297) entwickelt.
     
  • Integrierte Stromregelung: Unterstützung für direktes PWM-Chopping zur konstanten Phasenstromüberwachung, um Drehmomentverluste bei hohen Drehzahlen zu verhindern. 

2. Brushless DC Motor Controls (BLDC-Steuerungen)

Im Bereich der bürstenlosen Motoren fokussiert sich LSI/CSI auf monolithische Kommutatoren und Controller, die sowohl Open-Loop- als auch geschlossene Regelkreise (Closed-Loop) autark verwalten können.

• Funktion: Die ICs werten die Signale von Rotor-Positionssensoren (Hall-Sensoren) aus und generieren die exakten elektronischen Kommutierungssequenzen für die 3-Phasen- oder 4-Phasen-Leistungsbrücken. Sie übernehmen die Drehzahlregelung, Richtungsänderung und das dynamische Bremsen direkt auf Chiplebene.
   
• Produkthighlights & Serien (z. B. LS7262, LS7362, LS7560/61):
  • Universelles Hall-Sensor-Interface: Die ICs (wie der LS7262) besitzen Eingänge, die flexibel auf verschiedene elektrische Sensorabstände eingestellt werden können (60°, 120°, 240° oder 300° Phasenschub).
     
  • Flexible PWM-Architekturen: Während die Standard-Serien alle Treiberstufen per PWM regeln, bieten Spezialbausteine wie die LS7362-Serie Pulsweitenmodulation ausschließlich an den Low-Side-Treibern. Dies minimiert die EMV-Belastung und erlaubt den Einsatz in Hochvolt-Anwendungen.
     
  • Sicherheit im Millisekundenbereich (Cycle-by-Cycle Sensing): Die High-End-Controller (LS7560N-Serie) bieten eine integrierte Überstromüberwachung, die im Fehlerfall zyklusgenau reagiert und die Ausgangstreiber sofort abschaltet, um Motor und Endstufe vor Zerstörung zu schützen.
     
  • Integrierte Systemsteuerung: Analoge Drehzahleingänge, Vorwärts-/Rückwärtssteuerung, Output-Enable sowie wählbares statisches oder dynamisches Bremsen sind direkt als Hardware-Pins ausgeführt.

Fazit für LSI/CSI im Systemdesign

Für Elektronikentwickler sind die Lösungen von LSI/CSI immer dann erste Wahl, wenn Zuverlässigkeit, deterministisches Timing und Entlastung der Haupt-CPU im Vordergrund stehen. Da kritische Funktionen wie die Hall-Kommutierung oder das PWM-Chopping fest in der Hardware-Logik verdrahtet sind, entfällt das Risiko von Software-Hängern im Regelkreis. Dies macht das Portfolio ideal für langlebige Industrieanwendungen, präzise Medizintechnik und robuste Antriebssysteme.

Silergy hat sich in den letzten Jahren durch hochentwickelte, proprietäre Halbleiter-Prozesse einen Namen gemacht. Das Kernversprechen des Portfolios liegt in einer extremen Leistungsdichte und Energieeffizienz. Durch sehr niedrige On-Widerstände (R_DS(on)) und fortschrittliche Packaging-Technologien minimieren Silergy-Komponenten die thermische Verlustleistung, wodurch in vielen Designs auf externe Kühlkörper verzichtet werden kann.

1. Brushed DC (BDC) Motor Drivers

Silergys Portfolio für bürstenbehaftete Gleichstrommotoren zeichnet sich durch hochintegrierte Mehrkanal-Lösungen aus, die über klassische diskrete H-Brücken weit hinausgehen.

• Funktion: Sie dienen zur Richtung-, Drehzahl- und Bremssteuerung von BDC-Motoren. Durch die Integration mehrerer Halbbrücken in einem einzigen Chip können entweder mehrere Motoren unabhängig oder ein Motor mit höherem Strombedarf (durch Parallelschaltung) angesteuert werden.
   
• Produkthighlights (z. B. SA52108 / SY2A58118-Serie):
  • Multikanal-Integration: Bis zu 8 unabhängig steuerbare Halbbrücken in einem ultrakompakten Gehäuse (TSSOP24E oder QFN5×5).
     
  • SPI-Interface & Daisy-Chain: Die vollständige Konfiguration, PWM-Zuweisung und Diagnose erfolgt über eine serielle SPI-Schnittstelle (bis zu 5 MHz), die Daisy-Chain-fähig ist, um IO-Pins am Mikrocontroller einzusparen.
     
  • Automotive-Konformität: Qualifiziert nach AEC-Q100 für weite Temperaturbereiche (-40 bis +125°C).
     
  • Erweiterte Diagnose: Integrierte Open-Load-Erkennung (OLD), Kurzschluss- (SCP) und Überstromschutz (OCP) meldbar über einen dedizierten nFAULT-Pin.

2. Brushless DC (BLDC) Motor Drivers

Bei den bürstenlosen Motoren fokussiert sich Silergy auf hochkompakte, vollintegrierte Lösungen, die trotz eingebauter Leistungsstufe für signifikante Ströme ausgelegt sind.

• Funktion: Diese ICs übernehmen die komplette sensorbasierte oder sensorlose Ansteuerung von 3-Phasen-BLDC- oder PMSM-Motoren, indem sie die gesamte Inverterbrücke (6 MOSFETs) direkt auf dem Chip integrieren.
   
• Produkthighlights:
  • Herausragende On-Widerstände: Trotz der monolithischen Integration (MOSFETs und Steuerlogik auf einem gemeinsamen Die) erreichen die Bausteine extrem niedrige kombinierte Durchlasswiderstände (R_DS(on)). Dies minimiert die thermische Verlustleistung im Gehäuse deutlich.
     
  • Optimiertes, internes EMV-Design: Da die Gate-Treiber-Wege intern auf Chiplebene extrem kurz gehalten sind, weisen die Bausteine von Natur aus sehr geringe parasitäre Induktivitäten auf. Dies sorgt auch ohne manuelle Flankensteuerung für ein gut beherrschbares EMV-Verhalten bei steilen Schaltflanken.
     
  • Umfangreiches Schutz-Suite: Strombegrenzung, Unterspannungsschutz (UVLO) sowie eine integrierte Übertemperaturabschaltung sichern u.a. die monolithische Endstufe auch im rauen industriellen Dauereinsatz zuverlässig ab.

3. Integrated Control Motor Drivers

Diese Produktgruppe repräsentiert die eine hohe Integrationsstufe von Silergy. Sie richtet sich an Entwickler, die kompakte Antriebssysteme komplett ohne Sensorik an der Motorwelle und ohne zeitraubende Software-Entwicklung realisieren wollen.

• Funktion: Diese ICs vereinen den kompletten, autarken Steuerungsalgorithmus, die Logik für die Phasenkommutierung und die Leistungs-MOSFETs in einem einzigen Gehäuse. Der Host-Prozessor muss lediglich via I²C, SPI, PWM oder analoger Spannung einen Drehzahl-Sollwert vorgeben.
   
• Produkthighlights:
  • Code-freie, sensorlose Kommutierung: Die ICs nutzen integrierte, hardwarebasierte Algorithmen zur Erkennung der Rotorlage über die Auswertung der induzierten Gegenspannung (BEMF – Back Electromotive Force). Externe Hall-Sensoren entfallen komplett. Da der Algorithmus fest in der Hardware verdrahtet ist, ist keine Zeile Code oder Register-Tuning für komplexe mathematische Modelle nötig.
     
  • Modifizierte 180°-Sinusansteuerung für einen ruhigen Motorlauf:
    Die interne Logik erzeugt eine optimierte sinusförmige Ansteuerung der drei Motorphasen. Im Vergleich zu klassischen Kommutierungsverfahren werden Drehmomentwelligkeit, Vibrationen und akustische Emissionen deutlich reduziert, was zu einem besonders ruhigen und effizienten Betrieb führt.
     
  • Minimaler BOM-Aufwand (Bill of Materials): Die Integration geht so weit, dass bei vielen Typen auch die Strommessung direkt über interne Schaltungen erfolgt. Externe, teure Leistungs-Shunts und komplexe analoge Filternetzwerke auf der Leiterplatte werden überflüssig, was den Platzbedarf auf ein Minimum reduziert.

4. Stepper Motor Drivers

Silergys Schrittmotortreiber ermöglichen die präzise Ansteuerung von bipolaren Schrittmotoren sowie anderen induktiven Lasten in mechatronischen Anwendungen.

• Funktion: Die integrierten Dual-H-Bridge-Treiber steuern 2-Phasen-Schrittmotoren im Konstantstromverfahren und unterstützen eine stromgeregelte Motoransteuerung mittels PWM Current Chopping.
   
• Produkthighlights:
  • Integrierte Stromregelung:
    Die Wicklungsströme können über externe Sense-Widerstände überwacht und begrenzt werden. Die PWM-basierte Stromregelung schützt Motor und Treiber vor überhöhten Anlauf- und Blockierströmen.
     
  • Dual-H-Bridge-Architektur:
    Zwei vollständig integrierte H-Brücken mit Gate-Treiber und Charge-Pump-Schaltung ermöglichen die direkte Ansteuerung von DC-Motoren, bipolaren Schrittmotoren und anderen induktiven Lasten.
     
  • Integrierte Schutzfunktionen:
    Schutzmechanismen wie Überstromschutz, Kurzschlussschutz, Unterspannungsabschaltung und thermische Abschaltung erhöhen die Betriebssicherheit des Gesamtsystems.
     
  • Energiesparender Sleep-Mode:
    Ein integrierter Low-Power-Sleep-Modus reduziert die Leistungsaufnahme im Standby-Betrieb.
     
  • Konfigurierbare Strombegrenzung:
    Über externe Sense-Widerstände lässt sich der maximale Wicklungsstrom flexibel an die jeweilige Motoranwendung anpassen.

Fazit für Silergy im Systemdesign

Silergy ist im TOPAS-Portfolio der Spezialist für Miniaturisierung, Effizienz und Industrie- und Automotive-Anwendungen. Wenn Entwickler mit thermischen Problemen, extrem begrenztem Bauraum oder strikten Vorgaben bezüglich der Stromaufnahme (z. B. bei Batteriegeräten) kämpfen, bieten die hochintegrierten BDC- und BLDC-Controller von Silergy die passende technologische Antwort.
 

Um ein Antriebssystem rund um die Motorsteuerungen von Nisshinbo, LSI/CSI und Silergy zu vervollständigen, benötigt ein Entwickler eine Reihe komplementärer Bauelemente. Erst durch das exakte Zusammenspiel von Sensorik, Leistungshalbleitern, Schutzbeschaltung und passiven Komponenten entsteht ein robustes, EMV-konformes und effizientes System.
Als Bauteildistributor bietet TOPAS hier weitreichende Synergien, da diese Komponenten direkt auf die Treiber-ICs abgestimmt werden können.

1. Sensorik: Das Auge des Regelkreises

Keine moderne Motorsteuerung kommt ohne Rückmeldung aus der physikalischen Welt aus. Je nach Motortyp und Regelungstiefe stehen hier verschiedene Sensortechnologien im Fokus:

• Hall-Effekt-Sensoren: Für die elektronische Kommutierung von BLDC-Motoren (insbesondere in Kombination mit den Controllern von LSI/CSI oder den Pre-Drivern von Nisshinbo) sind digitale Hall-Sensoren unerlässlich. Zur hochpräzisen Erfassung des Rotorwinkels (z.B. für FOC-Systeme) kommen magnetische Winkelsensoren (AMR/GMR-Technologie) zum Einsatz, die absolute Positionsdaten in Echtzeit liefern. Silergy bietet in diesem Kontext Stromsensoren, die das Magnetfeld, das durch den fließenden Strom in einem Kabel erzeugt wird messen. Sie dienen dazu, dem Controller zu sagen, wie viel Ampere der Motor gerade zieht (Überstromschutz, Drehmomentregelung via FOC).
   
• Temperatursensoren (NTC/PTC): Da Motoren unter Last thermisch beansprucht werden, ist eine Überwachung der Wicklungstemperatur für die funktionale Sicherheit kritisch. Integrierte Temperatursensoren nahe der Leistungsstufe schützen das System vor thermischem Runaway. Die digitalen, lokalen Temperatursensoren von Silergy gehören daher auf jedes professionelle Motor-Driver-Board, um die funktionale Sicherheit (Functional Safety) und den Überhitzungsschutz der Treiberstufen zu gewährleisten.

2. Leistungshalbleiter: Die Muskeln des Systems

Wenn der Motorcontroller als Pre-Driver ausgelegt ist, steuert er externe Leistungsschalter an:

• Leistungs-MOSFETs: Für Spannungen bis ca. 200V sind moderne N-Kanal-MOSFETs die Standardwahl. Hier kommt es auf minimale On-Widerstände zur Reduzierung der Leitungsverluste und optimierte Gate-Ladungen (Q_g) zur Minimierung der Schaltverluste an. Hier sind die Bauteile von Etek eine Betrachtung wert.
   
• Isolated Drivers (Isolierte Gate-Treiber) und Non-isolated Drivers (Nicht-isolierte Gate-Treiber) von Silergy. Für Entwickler moderner Motorsteuerungen entscheidet die Systemspannung über die Wahl der Treiberarchitektur: Während im Niederspannungsbereich (bis ca. 60 V) kompakte und kostengünstige nicht-isolierte Gate-Treiber (Non-isolated Drivers) aufgrund ihrer minimalen Signallaufzeiten die erste Wahl für kompakte Anwendungen wie Akkuwerkzeuge oder Robotikgelenke sind, erfordern Hochvoltanwendungen (ab 100 V bis über 1200 V) in der Industrie und Elektromobilität zwingend isolierte Gate-Treiber (Isolated Drivers). Diese Bausteine trennen die empfindliche Logikseite (MCU) über galvanische Barrieren zuverlässig von den zerstörerischen Strömen und EMV-Störungen der Leistungsendstufen (IGBTs, SiC- oder GaN-MOSFETs).

3. Schaltungs- und EMV-Schutz: Robustheit im harten Alltag

Motoren sind stark induktive Lasten, die beim Schalten massive Spannungsspitzen und hochfrequente Störungen (EMI) erzeugen. Der Schutz der empfindlichen Steuerelektronik hat oberste Priorität:

• TVS-Dioden (Transient Voltage Suppressors): Sie fangen hochenergetische Spannungsspitzen auf den Versorgungsleitungen ab, die durch das abrupte Abbremsen des Motors (Generatorbetrieb) entstehen können. Hier wird man bei Etek und Silergy fündig.
   
• ESD-Schutzbausteine: Zum Schutz der Kommunikationsschnittstellen (SPI bei Silergy, CLK/DIR bei Nisshinbo oder Encoder-Leitungen bei LSI/CSI) gegen elektrostatische Entladungen im industriellen Umfeld. Auch hier sind Silergy und Etek gute Anlaufstellen.

System-Synergien im TOPAS-Design-In

Für den Entwickler liegt der Vorteil einer ganzheitlichen Betrachtung auf der Hand: Die Motortreiber von TOPAS harmonisieren mit weiteren Bausteinen aus dem Portfolio, eine Kombination hilft, die Möglichkeiten der Treiber voll auszureizen.

TOPAS unterstützt Entwickler nicht nur bei der Auswahl des passenden Motor-ICs, sondern stellt das gesamte, technologisch abgestimmte Ökosystem an Peripheriebausteinen bereit, um Entwicklungszeiten zu verkürzen und Redundanzen im Designprozess zu vermeiden.

Zusammenfassung und Fazit: Das perfekt abgestimmte Antriebssystem

Die Entwicklung moderner Motorsteuerungen verzeiht keine Kompromisse mehr. Angesichts steigender Anforderungen an Energieeffizienz, Miniaturisierung und funktionale Sicherheit müssen Elektronikentwickler das Zusammenspiel aus Steuerungslogik, Leistungsstufe und Peripherie präzise orchestrieren. Das TOPAS-Portfolio bietet hierfür eine technologische Antwort, die in ihrer Breite und Tiefe gut auf die Bedürfnisse von Hard- und Softwareentwicklern zugeschnitten ist.

Die komplementären Stärken der drei Kernhersteller decken das gesamte Spektrum ab:

• Nisshinbo überzeugt durch hochzuverlässige, analoge Präzision und robuste Schutzfunktionen bei Schrittmotoren und BLDC-Antrieben – ideal für anspruchsvolle Industrie- und Automotive-Umgebungen.
   
• LSI/CSI entlastet das Gesamtsystem durch dedizierte, hardwarebasierte Controller-Logik und ermöglicht so deterministische Echtzeit-Architekturen ohne Software-Overhead.
   
• Silergy setzt neue Maßstäbe in puncto Leistungsdichte und Effizienz, indem modernste Prozesstechnologien maximale Integration auf kleinstem Bauraum realisieren.

Ergänzt durch das passende Ökosystem aus Peripheriebausteinen – von Hall-Effekt-Stromsensoren über Low-R_DS(on)-MOSFETs bis hin zu EMV-optimierten Schutzkomponenten – entsteht eine System-Synergie, die nicht nur die Performance maximiert, sondern auch die Entwicklungszeit (Time-to-Market) und die Systemkosten (BOM-Kosten) drastisch reduziert.

Stehen Sie vor der Herausforderung, ein hocheffizientes BLDC-System auf engstem Raum zu realisieren, oder benötigen Sie eine absolut synchrone Achssteuerung für Ihr nächstes Robotik-Projekt?

Nutzen Sie die Expertise unserer Applikationsingenieure:

• Technische Beratung: Wir unterstützen Sie bei der Auswahl und Dimensionierung der optimalen ICs von Nisshinbo, LSI/CSI und Silergy für Ihr spezifisches Lastprofil.
   
• Umfassendes Ökosystem: Profitieren Sie von unserem abgestimmten Portfolio an Sensoren, Leistungshalbleitern und EMV-Schutzbausteinen für ein harmonisches Systemdesign.
   
• Muster & Design-In-Support: Fordern Sie Evaluierungsboards und Datenblätter an, um Ihre Entwicklung direkt auf die Überholspur zu bringen.

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