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Kfz-Beleuchtung – Monolithische Implementierung statt diskrete Lösungen

| Autor / Redakteur: Allie Zhang* / Benjamin Kirchbeck

Bei Kfz-Beleuchtungssystemen sollte von diskreten Lösungen Abschied genommen werden, meint Allie Zhang von TI.
Bei Kfz-Beleuchtungssystemen sollte von diskreten Lösungen Abschied genommen werden, meint Allie Zhang von TI. (Bild: Clipdealer)

Bisher wurden LEDs mit diskreten Treiberlösungen angesteuert. Doch eine kostengünstige monolithische Implementierung zeichnet sich im Vergleich durch einen geringeren System-Bauteileaufwand und eine deutliche Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit aus.

Automobilhersteller nutzen LEDs nicht nur für die traditionellen Front- und Rückleuchten, Tagfahrlichter sowie Brems- und Blinkleuchten. Um ihren Fahrzeugen auf dem Markt das gewisse Etwas zu verleihen, findet man LEDs inzwischen auch in seitlichen Begrenzungsleuchten, Kennzeichenbeleuchtungen, Markenlogos, Einstiegsleuchten und Ambiente-Beleuchtungen.

Bei der Ansteuerung dieser LEDs sind verschiedene Dinge zu beachten:

  • Der Strom muss exakt geregelt werden, damit die LEDs möglichst gleichförmig leuchten.
  • Um die Helligkeit von LEDs zu verändern, sind spezielle Dimmungstechniken erforderlich.
  • Die Diagnose und der Schutz der LEDs bei Stromkreisunterbrechungen oder Kurzschlüssen sowie der thermische Schutz sind wichtig, da das Thema Sicherheit im Automobilbereich in jedem Fall einen hohen Stellenwert hat.
  • Die Energieeffizienz sollte gesteigert werden.

Traditionell wurden LEDs mit diskreten Treiberlösungen angesteuert. Bild 1 zeigt drei typische Möglichkeiten hierfür, nämlich einen Operationsverstärker (OpAmp) als Option 1, eine bipolare Konfiguration, bei der die Stromversorgung direkt vom Bordnetz kommt, als Option 2 sowie als dritte Option eine Art Shunt-Regelung.

Bild 1: Typische diskrete Ansteuerlösungen für LEDs.
Bild 1: Typische diskrete Ansteuerlösungen für LEDs. (Bild: TI)

Widmen wir uns zunächst der ersten Option, einem low-seitig angesteuerten OpAmp. Ein Operationsverstärker ermöglicht eine relativ hohe Genauigkeit (<10 %) und lässt auch ein Dimmen der LEDs zu. Schwierig gestaltet sich bei dieser Lösung allerdings die Feststellung von Stromkreisunterbrechungen oder Kurzschlüssen, und außerdem ist die hohe, bis zu 1 V betragende Dropout-Spannung nicht besonders günstig für die Energieeffizienz.

Populär ist auch Option 2, bestehend aus Dioden und einem NPN-Transistor. Diese Lösung besticht durch Einfachheit und Kosteneffektivität, jedoch ist ihre nur etwa 20 % betragende Genauigkeit bei weitem nicht ausreichend. Mit einer Dropout-Spannung von bis zu 1,2 V ist diese Lösung außerdem sogar noch ineffizienter als Option 1, zumal keine Diagnosemöglichkeit für Stromkreisunterbrechungen oder Kurzschlüsse geboten wird und auch die PWM-Dimmung nicht unterstützt wird. Diese Lösung ist für moderne Designs also eindeutig nicht mehr zeitgemäß.

Option 3 ist in Anwendungen beliebt, die nach einer sehr hohen Ausgangs-Genauigkeit von <5 % verlangen, jedoch ist die Dropout-Spannung mit bis zu 3 V sehr hoch. Weder Diagnosefunktionen noch die PWM-Dimmung sind möglich. Diese Option, bei der erhebliche Abstriche zu machen sind, wird deshalb nur sehr selten verwendet.

Jede Lösung hat ihre Vor- und Nachteile. Eine kostengünstige monolithische Implementierung zeichnet sich im Vergleich zu diskreten Lösungen dagegen durch einen erheblich geringeren System-Bauteileaufwand und eine deutliche Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit aus. Die in Bild 2 gezeigte TPS9261x-Q1-Familie wurde genau für diesen Zweck entwickelt.

Bild 2: Vereinfachte Schaltung mit der Familie TPS9261x-Q1.
Bild 2: Vereinfachte Schaltung mit der Familie TPS9261x-Q1. (Bild: TI)

Der TPS92610-Q1 ist ein einkanaliger High-Side-LED-Treiber für den Betrieb am Kfz-Bordnetz. Als eine ebenso einfache wie elegante Lösung liefert der Baustein einen konstanten Strom für einen LED-String und bietet umfassende Diagnosefähigkeiten. Die bis zu 7 % betragende Genauigkeit ist außerdem für die meisten Anwendungen ausreichend.

Für den TPS9261x-Q1 stehen mehrere Gehäuseoptionen zur Auswahl, von der Bauform SOT-23 (Small Outline Transistor) über das Gehäuse MSOP-8 bis zum thermisch optimierten HTSSOP-14-Gehäuse (Thin Shrink Small-Outline Package). So lassen sich unterschiedlich hohe Ausgangsleistungen berücksichtigen.

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* Allie Zhang ist als Marketing Manager im Bereich PSIL – LED Drivers für Texas Instruments tätig.

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