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LED-Controller ohne eigenen MOSFET für kompaktere Leuchtendesigns

| Autor / Redakteur: Kol Zhang* / Hendrik Härter

Kompaktere Front- und Heckscheinwerfer lassen sich mit dem LED-Controller des Typs TPS92830-Q1 entwickeln. Hier ist der MOSFET ausgelagert.
Kompaktere Front- und Heckscheinwerfer lassen sich mit dem LED-Controller des Typs TPS92830-Q1 entwickeln. Hier ist der MOSFET ausgelagert. (Bild: BMW)

Speziell für Front- und Heckscheinwerfer hat TI einen LED-Controller entwickelt, bei dem der MOSFET ausgelagert ist. Somit sollen sich komplexere Leuchten entwerfen lassen. Allerdings muss man jetzt die MOSFET-Eigenschaften genau kennen.

Mit der LED eröffnen sich im Automobil viele neue Möglichkeiten: Sei es für die Ambientbeleuchtung oder aber für die sicherheitsrelevante Außenbeleuchtung. Die LED hat die klassische Glühfadenlampe sehr stark verdrängt. Die Automobilhersteller setzen mittlerweile auf ein homogenes Leuchtendesign; und das nicht nur für Frontscheinwerfer, sondern auch in den Heckleuchten.

Für mehr Helligkeit setzte man in der Vergangenheit auf mehr LEDs. Schaut man sich allerdings aktuelle Heckleuchten genauer an, dann fällt die komplexe Beleuchtung deutlich auf: mehr Lichtführungen, Lichtleiter oder Lichtabschirmungen. Sie alle verfolgen das Ziel, einen gleichmäßigeren Beleuchtungseffekt zu erreichen. Die beschriebenen Veränderungen haben zur Folge, dass weniger LEDs benötigt werden, die dafür aber einen höheren Strom aufnehmen.

Hohe Schaltfrequenz und die EMV

Um die einzelnen LEDs mit einem höheren Strom anzusteuern, setzen Designer auf geschaltete LED-Treiber. Allerdings sollte man bedenken, dass die hohe Schaltfrequenz bei den kombinierten Heckleuchten störend auf Antennen einwirken und zu EMI- und EMV-Problemen, also zu elektromagnetischen Interferenzen führen kann. Man könnte stattdessen auf lineare LED-Treiber zurückgreifen. Allerdings könnte die höhere Verlustleistung innerhalb der Treiberbausteine potenziell die Lebensdauer der gesamten LED-Leuchteneinheit beeinflussen.

Eine mögliche Lösung bietet Texas Instruments mit einem dreikanaligen, linearen High-Side-Konstantstrom-LED-Controller. Der Hersteller hat die MOSFETs aus diesem Baustein ausgelagert. So können die Entwickler von Leuchten selber entscheiden, welche Art von MOSFET in Anbetracht des tatsächlich benötigten Ausgangsstroms die richtige Wahl für die jeweilige Rückleuchte ist.

Komplexere Heckleuchten

Das eröffnet die Möglichkeit für das Design komplexerer Heckleuchten mit einem oder zwei TPS92830-Q1, die sich mit externen Hochstrom-MOSFETs kombinieren lassen, um bis zu 250 oder 300 mA pro Kanal zu liefern. Das hat auch Auswirkungen auf die Wärmeentwicklung des Treibers selbst, sodass sich die thermischen Eigenschaften des Gesamtsystems optimieren lassen. Dank dieser Neuentwicklung kann der Baustein zum Ansteuern von Brems-, Rück-, Blink- und Positionsleuchten und von Tagfahrlicht-Leuchten eingesetzt werden. Dazu muss der passend dimensionierte MOSFET für das jeweils gewünschte Design gewählt werden.

Ebenfalls in den Baustein integriert ist ein PWM-Generator. Seine Toleranz gibt der Hersteller mit zwei Prozent an. Somit ist ein gleichmäßigeres, homogeneres Erscheinungsbild der LED-Leuchten möglich. Außerdem lässt sich der Baustein in separate Leuchten an der Kofferraumklappe einbauen. Der Unterschied der Leuchthelligkeit beider Leuchten ist für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar. Je nach der im Einzelfall gewählten Systemarchitektur kann zwischen dem intern erzeugten PWM-Signal und einem externen PWM-Signal gewählt werden.

Schutz- und Detektierungsfunktionen

Der Baustein verfügt über verschiedene Schutz- und Detektierungsfunktionen, die alle Forderungen des Automobilherstellers an das Design erfüllt. Dazu gehören beispielsweise die Stromkreisunterbrechung, ein Kurzschluss in der LED oder der Ausfall aller LEDs durch einen Fehler in der LED selbst. Darüber hinaus unterstützt der TPS92830-Q1 das Strom-Derating, das die externen MOSFETs bei hoher Eingangsspannung schützt und dadurch die Systemzuverlässigkeit gewährleistet.

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* Kol Zhang arbeitet im Produkt-Marketing bei Texas Instruments in Shanghai, China.

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