Der LM5140-Q1 ist ein Controller, kein integrierter Wandler: Er liefert die Regelung, die Gate-Ansteuerung und den Schutz für zwei synchrone Abwärtsstufen, während die Leistungs-MOSFETs und die Induktivitäten außerhalb des Gehäuses liegen. Genau diese Aufteilung erlaubt es einem kleinen VQFN, Schienen zu regeln, die weit mehr Strom ziehen, als ein Bauteil mit integrierten FETs liefern könnte, denn der Entwickler wählt die externen FETs passend zur Last. Jeder der beiden Kanäle ist ein vollständiger Strommodus-Buck-Controller mit eigenem Soft-Start, eigener Rückkopplung, Kompensation, Stromerfassung, Freigabe und Power-Good, sodass sich das Bauteil wie zwei unabhängige Regler verhält, die sich lediglich eine Bias-Versorgung und einen Oszillator teilen.

Der weite Eingang von 3,8 V bis 65 V ist der Grund für den Kfz-Einsatz: Er überbrückt Kaltstart-Einbrüche Richtung 3,8 V und Load-Dump-Transienten Richtung des absoluten Maximums von 70 V, ohne den Vorregler, den ein Controller mit engerem Eingang bräuchte. Die beiden Kanäle werden um 180 Grad phasenverschoben getaktet, sodass sich ihre Eingangsstromimpulse verschachteln und die von den Eingangskondensatoren aufzunehmende RMS-Welligkeit deutlich sinkt, was den Eingangsfilter verkleinert. Jeder Ausgang ist auf 1% genau und lässt sich per Pin-Strapping auf gängige Festspannungen setzen oder mit einem Widerstandsteiler beliebig von 1,5 V bis 15 V einstellen; die Schaltfrequenz ist eine einfache Wahl zwischen 2,2 MHz für kleinste Magnetik und 440 kHz für höchste Effizienz, mit einem OSC-Pin und SYNC-Eingang für alles dazwischen.

Seine Stärke spielt der LM5140-Q1 bei Ansteuerflexibilität und Schutz aus. High-Side- und Low-Side-Treiber führen jeweils getrennte Einschalt- und Ausschalt-Pins heraus (HO/HOL und LO/LOL), sodass der Entwickler die steigenden und fallenden Flanken sowie die Totzeit unabhängig abstimmt, um Schaltverluste gegen Querstrom-Reserve abzuwägen. Die Strombegrenzung wird per Einzelwiderstand programmiert und nutzt die Low-Side-MOSFET-Erfassung; ein emuliertes Spitzenstromverfahren hält sie bei hohem Tastverhältnis stabil, und eine anhaltende Überlast führt das Bauteil in den Hiccup-Modus, statt die FETs zu überhitzen. Ein SYNC-Ausgang lässt einen zweiten LM5140-Q1 oder nachgelagerte Wandler auf denselben Takt einrasten.

Hinweis: Die Werte stammen aus dem Texas-Instruments-Datenblatt zum LM5140-Q1 (SNVSA02A). Ausgangsspannungen, Schaltfrequenz und Strombegrenzung werden durch externe Bauteile festgelegt; prüfen Sie jeden Parameter anhand der aktuellen offiziellen Dokumentation, bevor Sie ein Design festlegen.

Der LM5140-Q1 wird in einem 40-Pin-VQFN (RWG) mit den Maßen 6 mm x 6 mm, einer maximalen Höhe von 0,9 mm und einem Pin-Raster von 0,5 mm geliefert. Das Gehäuse hat benetzbare Flanken, sodass eine automatische optische Inspektion jede Lötkehle prüfen kann - auf vielen Kfz-Fertigungslinien eine Voraussetzung. Ein großes zentrales Exposed Pad muss für den thermischen Pfad und als Analog-/Leistungs-Massebezug mit der Massefläche der Platine verlötet werden. Die Bestellvariante LM5140QRWGRQ1 wird gegurtet geliefert. Gehäuseabmessungen und Pin-1-Orientierung sind unten dargestellt.

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Die 40 Pins sind als zwei gespiegelte Kanäle (Suffix 1 und 2) plus eine gemeinsame Bias- und Timing-Gruppe organisiert. Die wichtigsten Funktionssignale sind:

• VIN: Leistungseingang, 3,8 V bis 65 V, versorgt die internen Bias-Regler und den High-Side-Bootstrap-Pfad.
• EN1 / EN2: Unabhängige Enable-Eingänge je Kanal, sodass eine Schiene ohne die andere sequenziert oder abgeschaltet werden kann.
• FB1 / FB2: Rückkopplungseingänge; ein Widerstandsteiler setzt einen einstellbaren Ausgang, oder der Pin wird für einen Festausgang gestrappt.
• COMP1 / COMP2: Ausgänge des Transkonduktanz-Fehlerverstärkers zur externen Schleifenkompensation.
• CS1 / CS2: Stromerfassungseingänge für Strombegrenzung und emulierte Spitzenstromregelung je Kanal.
• HO1/HO2, HOL1/HOL2: Einschalt- und Ausschaltausgänge des High-Side-Gate-Treibers; die Trennung erlaubt unabhängiges Formen von Totzeit und steigender Flanke.
• LO1/LO2, LOL1/LOL2: Einschalt- und Ausschaltausgänge des Low-Side-Gate-Treibers.
• SW1 / SW2: Schaltknoten-Rückführungen für die High-Side-Treiber und Bootstrap-Referenzen.
• HB1 / HB2: High-Side-Bootstrap-Bias-Versorgungen für die potentialfreien High-Side-Treiber.
• VCC / VDD / VCCX / VDDA: Interner LDO-Ausgang, Treiber-Bias, optionaler externer Bias-Bypass und die ruhige Analogversorgung.
• PG1 / PG2: Open-Drain-Power-Good-Flags, eines je Kanal.
• OSC, SYNIN, SYNOUT: Frequenzsetz-Pin, externer Takt-Sync-Eingang und Taktausgang zur Kaskadierung.
• ILSET, DEMB, RES, SS1/SS2: Strombegrenzungs-Einstellung, Diodenemulations-Wahl, Restart-/Hiccup-Timing und Soft-Start je Kanal.
• AGND / PGND1 / PGND2: Analoge Massereferenz und die beiden Leistungsmasse-Rückführungen; das Exposed Pad wird auf der Platine mit AGND und PGND verbunden.

Die folgenden Bauteile sind Referenzen innerhalb der TI-Familie für Weitbereichs-Controller und des umgebenden Systems. Sie sind keine Drop-in-Ersatztypen; prüfen Sie Kanalzahl, Eingangsbereich, Frequenz und Gehäuse vor einem Austausch.

Auswahltipps: Wählen Sie den LM5140-Q1, wenn ein Weitbereichs-Kfz-Board zwei unabhängige, genaue Schienen mit lastgerecht dimensionierten externen FETs und abstimmbarer Gate-Ansteuerung für EMV benötigt. Wechseln Sie zum LM5141-Q1 für einen Kanal, zum LM5145 für eine höhere Spannung an einer einzelnen Industrieschiene oder zu einem Regler mit integrierten FETs wie dem LM5160-Q1, wenn der Strom je Schiene niedrig genug für On-Chip-Schalter ist.

Texas Instruments Incorporated mit Hauptsitz in Dallas, Texas, USA, ist eines der weltweit größten Unternehmen für Analog- und Embedded-Processing-Halbleiter. Der LM5140-Q1 gehört zu TIs Portfolio an Weitbereichs-Buck-Controllern, einer Linie rund um die SIMPLE-SWITCHER- und Weitbereichs-Controller-Familien, die weiten Betriebsbereich, Kfz-Qualifizierung und robusten Schutz betont.

Für die Kfz-Stromversorgung kombiniert TI Controller wie den LM5140-Q1 mit einem umfangreichen Katalog kompatibler Leistungs-MOSFETs, Gate-Treiber-Unterstützung und Referenzdesigns sowie der AEC-Q100-Qualifizierung, Functional-Safety-Dokumentation und Langzeitverfügbarkeit, die Fahrzeugprogramme verlangen. Dieses Ökosystem erlaubt den Wechsel von einer Ein- zu einer Zweischienen-Weitbereichsversorgung oder die Stromskalierung über andere externe FETs - innerhalb einer gut unterstützten Herstellerfamilie.