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Lichttechnik

Innenraumbeleuchtungen mit LIN eine persönliche Note verleihen

4. Februar 2014, 11:10 Uhr | Von Michael Bender

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Voraussetzungen für RGB-LED-Ansteuerung im Fahrzeug

Bei der Implementierung RGB-basierter Innenraumbeleuchtungen in zukünftigen Fahrzeuggenerationen müssen einige Faktoren Berücksichtigung finden. Bisher kamen RGB-Module vor allem für Effektbeleuchtungen im Fahrzeug zum Einsatz. Diese Lösungen waren im Vergleich zu heutigen Fahrzeugen mit RGB-Modulen für den Außeneinsatz technisch weniger anspruchsvoll. Das Verhalten des LED-Emitters stellte dabei kein großes Problem dar. Bei der Installation in einem Fahrzeug spielt jedoch die Temperatur eine entscheidende Rolle für die LED-Intensität. Sie muss daher ständig überwacht werden. Änderungen der LED-Intensität im Laufe der Zeit sind ebenfalls zu berücksichtigen. Im Automobilbereich betragen die Produktlebenszyklen zehn Jahre und mehr: Aus diesem Grund müssen Alterungseffekte mit in Betracht gezogen werden. Die durch hohe Temperaturen entstehenden Leckströme können ein LED-Flackern verursachen und somit die Integrität des Beleuchtungssystems beeinträchtigen. Die Ansteuerung bedarf daher zwingend einer Kompensation. Die Farbgenauigkeit ist ein weiterer Aspekt, der zu berücksichtigen ist. Auch sind die Stückkosten zu begrenzen, was den Einsatz vorsortierter Emitter untersagt. Damit muss mit einer größeren Abweichung bei den Emitter-Ausgangs-charakteristika gerechnet werden, was ein Trimming erforderlich macht.

Anforderungen an die Beleuchtungssysteme In der rauen Automotive-Umgebung sind die Beleuchtungssysteme auch den Startvorgängen, Load Dumps und ähnlichem ausgesetzt. Im Innenraum von Fahrzeugen müssen die Treiber-ICs jedoch die Robustheit des Beleuchtungssystems unterstützen. Die Start-Stopp-Abläufe erfordern, dass die RGB-Module mit Spannungen um die 6 V arbeiten. Weil die LED-Schwellenspannung aber maximal 4 V beträgt, ergibt sich für den Verpolungsschutz ein Spielraum von lediglich 2 V. Darüber hinaus muss der Spannungsabfall der LED-Treiberstufe selbst mit berücksichtigt werden. Aus diesem Grund sollte der Treiber-IC für einen Betrieb bei niedriger Spannung ausgelegt sein.

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Lösung: der MLX81106

Der MLX81106 (Bild 1) trägt der steigenden Nachfrage der Automobilhersteller nach einer kosteneffizienten Implementierung der Innenraumbeleuchtung Rechnung. Der im 0,18-µm-Hochspannungs-CMOS-Prozess gefertigte Baustein ist ein integrierter, frei programmierbarer LIN-RGB-LED-Slave-Schnittstellen-IC, der alle erforderlichen Treiber enthält. Er nimmt 9 mm × 9 mm Leiterplattenfläche ein und kann aufgrund seiner integrierten Konstantstromquellen bis zu vier LEDs (rot, grün, blau und auf Wunsch auch weiß) direkt ansteuern.

Er verfügt über mehrere Funktionen (Bild 2), einschließlich eines PHY-LIN-Transceiver, eines 19,2-kbit/s-LIN-Controller (für LIN 2.x und SAE J2602), eines 10-bit-A/D-Umsetzers mit inte-griertem Vorteiler, eines Spannungsreglers und eines 16-bit-Mikrocontrollers (mit 24/32 KB Flash, 512 Byte RAM, 128 Byte EEPROM). Über den Mikrocontroller lässt sich jeder der vier Ausgänge programmieren, um bis zu 35 mA Treiberstrom bereitzustellen - mit einer integrierten Boost-Funktion bis 48 mA. Falls ein optionaler Kanal für weißes Licht mehr Strom benötigt, kann dieser mit einem externen Bauteil bereitgestellt werden - dank der hohen Spannungsfestigkeit des IC an seinen Ein- und Ausgängen. Insgesamt lassen sich 2,7 × 1014 verschiedene Farben erzeugen - für eine umfassende Auswahl durch den Nutzer. Wichtige unterstützende Funktionen wie eine 16-bit-Stromsteuerung sowie konstantstrom-und hochspannungsfähige Ausgänge sind ebenfalls enthalten.

LEDs zeigen verschiedene Lichtintensitäten, hervorgerufen durch ihren Fertigungsprozess, was zu einem veränderten Mix bei den Ausgangsfarben führt. Um das auszugleichen, kann das EEPROM des IC dazu verwendet werden, die LEDs innerhalb des End-of-Line-Modul-Fertigungsprozesses zu kalibrieren. Die integrierte LED-Schwellenwert-Überwachungsfunktion verfügt über eine Alterungs- und Temperaturkompensation für die sich ändernden Farbwerte des LED-Emitters, ohne dafür externe Bauteile zu benötigen.

Im gesamten Fahrzeug-Innenraum müssen diverse LEDs installiert werden. Daher kommt es darauf an, dass aus logistischen Gründen alle Module in Hinsicht auf Hard- und -Software gleich sind. Um den Fertigungsprozess des Fahrzeugs zu vereinfachen und eine individuelle Steuerung einzelner Module zu ermöglichen, muss ein System eingebaut werden, das die Position eines Einzelmoduls im Fahrzeug erkennt. Das erfolgt über den Auto-Konfigurationsmechanismus bei einem Bus-Shunt, der bereits bei Klimaanlagen zum Einsatz kommt. Das System erkennt die Position der Module während des EOL-Prozesses. Obwohl alle Module im Fahrzeug physikalisch gleich sind, lassen sie sich somit über LIN einzeln ansteuern. Das einfach einsetzbare Referenz-Design von Melexis enthält den LED-Emitter und die Treiberelektronik auf einer kompakten Leiterplatte.

Der Autor

Dipl.-Ing. Michael Bender
studierte an der Fachhochschule Ilmenau. Er ist seit 13 Jahren bei Melexis beschäftigt und verantwortet derzeit als Produkt-Marketing-Manager die LIN- und Power-Control-Produktfamilien des Unternehmens. Zuvor arbeitete Michael Bender für fünf Jahre als Technischer Marketing-Ingenieur bei Thesys.