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LED-Treiber für Automotive-Applikationen, Teil 2

25. Oktober 2010, 14:09 Uhr | Von Eric Hoyt

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

LEDs in Serien-Parallelschaltung

Eine verbreitete Automotive-Applikation ist die Heckleuchteneinheit mit Rück-, Blink- und Bremslicht. Werden dabei die LEDs mit einer typischen Vorwärtsspannung (U_F) von 3 V an einer DC-Versorgungsspannung von 12 bis 14 V betrieben, kommt als eine mögliche Lösung der Abwärtswandler in Frage. Bei einer Mindestspannung von 12 V ließen sich allerdings nur drei LEDs in Reihe schalten. Da aber mehr als 12 V nötig wären, stellt eine Serien-Parallelschaltung (Bild 3) die Lösung der Wahl dar, um alle benötigten LEDs in Reihe zu schalten.

Für die Dimmungs- und Blinkfunktionen dieser Applikation bieten sich mehrere Konzepte zur Ansteuerung der LED-Matrix an. Zu den gängigsten Dimmungs-Methoden gehört die Pulsbreiten-Modulation (PWM), die die LED(s) mithilfe eines speziellen Logiksignals mit hoher Frequenz fortlaufend ein- und ausschaltet. Durch Variieren des Impuls-Pausen-Verhältnisses lässt sich die LED-Helligkeit steuern.

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So einfach und effektiv dieses Verfahren auch ist, kann es im Automotive-Bereich nachteilig sein, weil durch den gesamten Kabelbaum hindurch eigens eine Leitung für das Dimmersignal gelegt werden muss. Eine andere Methode ist die Zweileitungs-Dimmung. Zum Dimmen wird hierbei die gesamte Stromversorgung des LED-Treibers periodisch ein- und ausgeschaltet. Zu den Bausteinen mit diesem Funktionsumfang gehört der LM3406, ein monolithischer 1,5-A-Schaltregler mit Strom-Mittelwertbildung für eine exakte Kontrolle der Lichtabgabe. Der integrierte N-Kanal-MOSFET bietet zwar möglicherweise nicht die Flexibilität eines Controller-ICs, ermöglicht aber eine Verringerung der Komplexität auf Leiterplatten-Ebene. In Bild 4 ist ein Beispiel einer LM3406-Applikation mit Zweileitungs-Dimmung dargestellt.

Die Tatsache, dass der LM3406 zusätzlich mit einem U_{EIN S} -Pin zum Abtasten der Eingangsspannung ausgestattet ist, bietet dem Anwender folgende Eigenschaftskombination: Einerseits lassen sich die Vorteile der konventionellen PWM-Dimmung nutzen, und andererseits gestaltet sich die System-Verkabelung weniger komplex, wenn die Leuchteneinheit in größerer Entfernung zur Ansteuerschaltung platziert ist. Die Sperrdiode D2 ermöglicht es, den Eingangskondensator ständig am LM3406 zu belassen, wie es bei konventioneller Dimmung der Fall wäre, sodass das IC auch im gedimmten Zustand die volle Versorgungsspannung erhält. Dies ist wesentlich effektiver, als den gesamten Chip zum Dimmen ein- und auszuschalten, denn sämtliche unterstützenden Schaltungen im LM3406 bleiben während des Dimmens in Betrieb. Das IC kann die Dimmungs-Phase deshalb augenblicklich beenden, ohne Zeit für die Reaktivierung zu benötigen. Der LM3406 kann sich folglich auch bei Zweileitungs-Dimmung genau so verhalten wie unter Verwendung des DIM-Pins zum Tasten des Ausgangs. Gegenüber einer standardmäßigen PWM-Lösung werden als zusätzliche Bauelemente die Sperrdiode D2, der Pulldown-Widerstand RPD an U_{EIN S} und die Bausteine zum Implementieren des idealisierten Zerhackers S1 notwendig.