Energie-Management LED-Treiberlösungen für Automotive-Applikationen

Teil 1: Im ersten Teil dieses Artikels werden die elektronischen Ansteuerungslösungen für LEDs im Automobil dargestellt. Daher beleuchtet er die verschiedenen Arten von Treiberschaltungen inklusive deren Vor- bzw. Nachteile für den Entwickler von automotiven LED-Applikationen. Wie sich die Schaltwandler-ICs und die speziell für den Automotive-Einsatz entwickelten ICs für LED-Applikationen von National Semiconductor optimal einsetzen lassen, wird anhand mehrerer Beispiel-Applikationen exemplarisch beschrieben. Dabei werden jeweils eine Schaltwandler-Topologie und ein IC des amerikanischen Halbleiter-Spezialisten in den Vordergrund gestellt, mit denen sich die gestellte Aufgabe lösen lässt. In Teil 2 des Artikels folgen weitere Anwendungsbeispiele mit weiterführenden technischen Hintergrundinformationen.

Dass LEDs bei Beleuchtungs- Entwicklern für den Automotive- Bereich immer mehr Anklang finden, hat neben praktischen auch ästhetische Gründe. Denn sie lassen sich überall im Auto als Leuchtmittel einsetzen: vom Scheinwerfer über das Tagfahrlicht, Nebelleuchten, Blinkleuchten, die Innenbeleuchtung, Hintergrundbeleuchtungen von Infotainment- Bildschirmen und kombinierten Heckleuchten-Einheiten bis zur erhöht angebrachten dritten Bremsleuchte. Was die elektronischen Ansteuerlösungen für LEDs betrifft, sind in erster Linie zwei Arten von Treiberschaltungen relevant: der Linearregler und der Schaltwandler. Unstrittig ist, dass sich Linearregler durch geringeren Bauteileaufwand und weniger elektromagnetische Interferenzen auszeichnen. In Sachen Effizienz und Wärmeerzeugung sind sie jedoch klar im Nachteil. So erklärt es sich, dass viele Entwickler den Schaltwandler bevorzugen. Welche Topologie hier in Frage kommt, lässt sich an der Höhe der DC-Eingangsspannung sowie an der Anzahl und Bauart der LEDs bestimmen. Ist die Versorgungsspannung höher als die Gesamtspannung der LEDs, wird ein Abwärtswandler benötigt, während im anderen Fall ein Aufwärtswandler erforderlich ist. Darüber hinaus gibt es auch Fälle, in denen die LED-Spannung je nach Situation sowohl kleiner als auch größer als die Eingangsspannung sein kann. Unter solchen Umständen sollte ein Abwärts-/Aufwärtswandler oder ein „Single Ended Primary Inductance Converter“ (SEPIC) implementiert werden. Bei der Entwicklung eines Beleuchtungssystems geht es keineswegs nur darum, die LEDs mit Strom zu versorgen. Das Wärme-Management kommt als weiterer wichtiger Aspekt hinzu. Ein LED-Treiber-IC kann die thermischen Eigenschaften unter anderem  dadurch verbessern, dass es den LED-Vorwärtsstrom abhängig von der Temperatur reguliert. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Temperatur mithilfe externer Schaltungen erfasst und der den LEDs zugeführte Strom entsprechend variiert wird. Eleganter ist allerdings die Verwendung eines ICs, in das alle nötigen Funktionen bereits integriert sind.