Klein und sparsam LED-Treiber der Zukunft

Schematischer Aufbau des LED-Treiber-Moduls
Schematischer Aufbau des LED-Treiber-Moduls

LED-Beleuchtung ist einer der am stärksten wachsenden Bereiche der Automobilelektronik und hat seine ureigenen Problemstellungen und Herausforderungen. Mit dem neuen LED-Treiber-Modul von MPS lassen sich die wichtigsten Hürden meistern.

LEDs werden heute in Dutzenden im und ums Auto eingesetzt — innen etwa in Akzent-, Stimmungs-, Anzeigen- und Displayhintergrundbeleuchtung; außen in Positions-, Blinker-, Nebel- und Tagfahrlichtern. Für die kommenden Jahren wird der Einsatz in Hochleistungsscheinwerfern erwartet, die momentan noch Halogen- und Xenon-basiert sind.  Entwicklungsingenieure für heutige automobile Beleuchtung haben mit einem ganzen Satz an technischen Herausforderungen zu kämpfen, um immer kleinere und ästhetisch anspruchsvollere LED-Beleuchtungen mit immer höherer Zuverlässigkeit, niedrigerem Verbrauch, niedrigerer elektromagnetischen Abstrahlung und verbessertem thermischen Management zu realisieren.

Hohe Zuverlässigkeit ist ein fast schon universelles Anliegen im Automobilbau und ist gerade bei Außenleuchten wie Blinker, Bremslicht, Rückfahrlicht usw. wichtig. Eine generelle Regel zur Verbesserung der Zuverlässigkeit ist die Reduzierung der Bauteile: weniger Bauteile = weniger Fehlermöglichkeiten. Darüber hinaus ermöglichen weniger Bauteile eine einfachere und günstigere Beschaffung, einfachere Fehlersuche, ein einfacheres Layout und ein kürzeres Time to Market.

Außerdem sollen Beleuchtungssysteme immer kleiner werden. Eine Möglichkeit hierzu ist die Steigerung der Schaltfrequenzen, um kleinere Spulen und Kondensatoren verwenden zu können. Höhere Schaltfrequenzen erhöhen aber auch die Amplituden der abgestrahlten EMV. Eine Verdopplung der Schaltfrequenz hat eine Vervierfachung der Amplitude zur Folge, was immer größere Schwierigkeiten vor allem beim Layout nach sich zieht. Eine hervorragende Methode, um EMV zu reduzieren, ist es, die Schaltung in einen metallischen Schild zu packen, aber das ist meist viel zu teuer für den preissensitiven Beleuchtungsmarkt.

Während LEDs weit weniger Leistung als Halogen- und Glühlampen verbrauchen, sind sie doch umso wärmeempfindlicher. LEDs sind  berühmt dafür, mehrere Zehntausend Stunden zu halten, was aber bei zu hohen Temperaturen dramatisch absinkt und die Auslegung bei den möglichen Spitzentemperaturen im Auto nicht einfacher macht. MPS hatte all diese Probleme bei der Entwicklung des neuen MPM6010-AEC-1, dem fortschrittlichsten automobilen LED-Treiber, bereits im Auge. Dieses 36V/1,5A-LED-Modul integriert einen synchronen Abwärtswandler als LED-Treiber und eine AEC-Q200-Spule für 15-W-Beleuchtungen. Das Gehäuse des MPM6010, ein kompaktes 3x5-mm-QFN, vereinfacht und verkleinert das Platinen-Layout. Ein LED-Treiber lässt sich mit wenigen externen Bauteilen aufbauen.

Der MPM6010-AEC1 nutzt die gleiche Halbleitertechnologie, mit niedrigem RDS(ON), die schon durch die MPS-DC/DC-Konverter berühmt wurde, und ermöglicht so Wirkungsgrade von mehr als 90 % bei 2,2 MHz, was sich positiv auf die Verlustleistung der LED-Systeme auswirkt.
Dieses LED-Treibermodul hilft, den Wirkungsgrad des Systems zu verbessern. Es erhöht die Zuverlässigkeit und verringert die Anzahl an Bauteilen. Das MPM6010-Modul braucht weit weniger Platz ein als ein vergleichbarer diskreter LED-Treiber. Die Spule im Inneren ist bereits AEC-Q200-qualifiziert – bevor das ganze Modul AEC-Q100-qualifiziert wird. Mit dem MPM6010 wurde die EMV optimiert, weil die Ströme auf kleinem Raum konzentriert sind und die als Antennen wirkenden Leitungen sehr kurz sind. Das Modul erfüllt CISPR25 Class 5, einen automobilen EMV, geradewegs.

Außerdem unterstützt das MPM6010-AEC1 eine thermische Überwachung der  LEDs, indem eine thermische Kopplung zwischen LEDs und dem Modul hergestellt wird. Dimmen der LEDs ist ebenfalls via PWM-dimming-Eingang (EN/DIM) oder einer Offset-Einstellung am Feedback-pin (FB) möglich. Wenn die Temperatur der LEDs, die über den NTC aufgenommen wird, ansteigt, geht der Strom durch die LEDs zurück. Das Modul hat sicherheitsrelevante Eigenschaften wie thermische Abschaltung und Open/Short-Schutz eingebaut und schützt so den Treiber und die LEDs, um eine lange Lebensdauer zu erreichen. Der MPM6010 ist AEC-Q100-Grade-1-qualifiziert und steckt in einem 3x5x1,6-mm-QFN-Gehäuse mit optionalen “wettable flanks”, um eine automatisierte optische Inspektion zu ermöglichen.

Die Anforderungen an Automobil-Zulieferer sind komplex und herausfordernd - Pflichtenhefte müssen erfüllt, kleine Abmessungen eingehalten und niedrige Kosten erreicht werden.