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Flexible LED-Beleuchtung

Diagnose an Bord

28. April 2015, 13:12 Uhr | Von Torsten Klemmer

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Zentrale Diagnose am BCM

Die Diagnose der Last wird durch das Zusammenspiel von High-Side-Schalter und Mikrocontroller durchgeführt. Der Mikrocontroller interpretiert dabei das analoge Stromsignal des Schalters. Der kILIS-Wert gibt die Proportionalität von Sense-Strom zum Laststrom an und ist deshalb entscheidend für die Genauigkeit des Diagnosesystems. Weil sich die kILIS-Genauigkeit abhängig von der Höhe des Laststroms ändert, ist der Ersatz von Glühlampen durch LEDs nicht immer trivial. Die PROFET+-Familie von Infineon beinhaltet beispielsweise High-Side-Schalter für 12- und 24-V-Bordspannung, die dieses Problem lösen. So beträgt die kILIS-Genauigkeit bis zu ±5,5 %, selbst ohne Kalibrierung. Speziell bei LED-Lasten gibt es allerdings Fälle, in denen ein Diagnosesystem am BCM an seine physikalischen Grenzen stößt.

Lichtfunktionen wie Schluss- oder Bremslicht sind in der Regel aus mehreren LED-Strängen aufgebaut und werden über eine gemeinsame Leitung angesteuert. Fällt hier eine einzelne Leuchtdiode aus, wird nur ein Strang inaktiv und der Laststrom der Lichtfunktion sinkt nicht auf Null. Die Differenz zwischen voller Last und reduzierter Last kann hier sehr klein sein (10–25 mA). Weil derartig kleine Stromänderungen im Bereich der kILIS-Genauigkeit liegen, sind diese am BCM nicht detektierbar.

Um trotzdem eine Lastdiagnose durch das BCM zu ermöglichen, müssen bei einem Ausfall eines Stranges in der Lichtfunktion mehrere Stränge oder sogar die gesamte Last deaktiviert werden, um hierdurch eine vom BCM detektierbare Stromänderung herbeizuführen. Eine Möglichkeit ist das (N–1)-Konzept, bei dem bei einer Unterbrechung eines LED-Stranges nach einer konfigurierbaren Zeit alle anderen Ketten (Kanäle) abgeschaltet werden. Eine weitere Möglichkeit ist, dass die Diagnose und Verarbeitung direkt am Lichtmodul erfolgt. Voraussetzung für beide Fälle ist die sichere Erkennung des Fehlers in der LED-Last.

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Während die LED-Diagnose durch einen diskreten Aufbau nur mit relativ hohem Aufwand realisiert werden kann, verfügen moderne integrierte LED-Treiber, wie die Stromquellentreiber der Litix-Basic-LED-Familie, bereits über integrierte und umfangreiche Diagnosemöglichkeiten.

Bei den Stromquellentreibern wird die Diagnose durch Überwachung der Spannungen UPS (Versorgungsspannung gegen Ausgang) und UOUT (Spannung am Ausgang gegen Ground) realisiert (Bild 3). So kann der Treiber für jeden Ausgang erkennen, ob ein offene Last (UPS ≈ 0 V), das heißt eine unterbrochene LED-Kette, oder ein Kurzschluss (UOUT ≈ 0 V) einer LED-Kette vorliegt. Der jeweilige Zustand wird erkannt, sobald die Spannung unter einen bestimmten Schwellwert fällt. Mittels Status-Pin kann anschließend der Status auf einem eigenen Diagnosebus zur Weiterverarbeitung ausgeben werden.

Litix-Basic-Familie im Überblick

Mit der Litix-Familie stellt Infineon automobile LED-Treiber vor. Jüngst wurden die Litix-Basic-Varianten eingeführt, die für externe Beleuchtungsanwendungen mit niedrigen und mittleren Spannungen ausgelegt sind. Die hochintegrierten LED-Treiber reduzieren die Systemkomplexität und verbessern die Zuverlässigkeit in Anwendungen wie Blinkern, Heck-, Stopp- und Rückfahrlicht. Für diese Applikationen benötigen die LED-Treiber weniger externe Komponenten und verfügen über umfangreichere Funktionen als alternative Lösungen.

Die Produktfamilie bietet eine präzise Stromregelung über einen weiten Spannungsbereich. Sie besteht aus 15 skalierbaren und pinkompatiblen Treibern mit einem bis drei Kanälen für Stromlasten von 60 bis zu 180 mA. Durch Parallelschaltung mehrerer Treiber lassen sich auch höhere Ströme realisieren. Neben einer stabilen, flimmerfreien und zuverlässigen LED-Beleuchtung weisen einige Litix-Basic-Treiber fortschrittliche Diagnosefunktionen für die LED-Lasten auf.

Bis heute nutzen gängige LED-Designs für Rücklicht-Anwendungen einen diskreten Widerstand, um den Strom sowie die LEDs zu regeln. Im Gegensatz dazu benötigen die Litix-Basic-Treiber weniger externe Komponenten und haben optional eine PWM-Schaltung sowie spezielle Diagnosefunktionen integriert. Damit kann die Anzahl der externen Komponenten um etwa 40 Prozent reduziert werden, womit unter anderem gängige Schwachstellen wie mangelhafte Lötpunkte ebenfalls reduziert werden.

Alle 15 Bausteine der Automotive-qualifizierten Serie nutzen das gleiche Gehäuse (PG-SSOP-14EP) für eine einfache Design-Anpassung, wenn sich die Anforderungen ändern, zum Beispiel andere Ausgangsströme erforderlich sind. Die Treiber weisen Schutzfunktionen bei Überlast und Übertemperatur sowie einen Eingangsspannungsbereich von 5,5 V bis 40 V auf.

Bei den Varianten mit integrierten Diagnosefunktionen lässt sich zwischen SC (Kurzschluss), OL (offene Last) und N–1 (Diagnosebus zwischen den Bauelementen) als Option für die Diagnose einer LED-Kette wählen. Damit können die Litix-Basic-Treiber für eine zentralisierte Diagnose (Diagnose über das BCM), aber auch für dezentralisierte Konzepte direkt an den Lichtmodulen zum Einsatz kommen. Bei der dezentralisierten Diagnose arbeitet der Litix-Basic-Treiber direkt mit dem entsprechenden Mikrocontroller zusammen. Ob nun zentralisiert oder dezentral, die LED-Treiber stellen sicher, dass fehlerhafte Lichtfunktionen schnell erkannt und behoben werden können. So werden Sicherheits- und gesetzliche Vorgaben erfüllt und die Marke des Herstellers in Bezug auf die Qualität unterstützt. Eine weitere Option der Litix-Basic-Treiber ist die „Integrated Pulse Width Modulation“-Einheit (PWMI). Mit dieser Funktion können beispielsweise zwei verschiedene Licht-Niveaus einfach mit einer Lichtquelle realisiert werden, wie eine Kombination aus Stopp- und Rücklicht.