Intelligentes Rückfahrlicht IC-Familie mit erweiterter Diagnosefunktion

Fällt eine LED im Bremslicht aus, muss das Steuergerät den Fehler erkennen. Heutige ICs bieten Kurzschlusserkennung bis hinab zur einzelnen LED und konfigurierbares Verhalten im Fehlerfall.

Die LEDs haben sich als Innovationstreiber für das Außenlicht von Automobilen entpuppt: Sie bieten attraktive Designmöglichkeiten und fördern so Image und Marke eines Herstellers. Sie sind energieeffizient und tragen dadurch zu CO2-Einsparungen bei. Außerdem können Autohersteller sie relativ schnell eindesignen.

In der Ansteuerung von LED-Rückleuchten traten vor circa fünf Jahren integrierte LED-Treiber anstelle der bis dahin üblichen diskreten Lösungen ihren Siegeszug an – ausgehend vom europäischen Markt. Neben Oberklasse-Fahrzeugen kommen sie zunehmend auch in kleineren Fahrzeugplattformen zum Einsatz. Zu ihren Vorteilen zählen die erhöhte Zuverlässigkeit sowie Kosteneinsparungen. Hinzu kommen bessere Diagnosefunktionen, die teilweise bereits gesetzlich vorgeschrieben sind, sowie weitere Funktionalitäten wie beispielsweise Power Shift und Pulsweitenmodulation (PWM), die dem Systementwickler deutlich mehr Spielraum beim Design der Leuchten bieten.

Steigenden Anforderungen begegnen

Eine Antwort auf die steigenden Designanforderungen bietet die neue LED-Treiber-Familie LITIX Basic+ von Infineon (Bild 1). Mit ihr ergänzt das Unternehmen seine im Jahr 2013 eingeführte LITIX Basic-Familie um sechs neue Bausteine. Beide Treiber-Familien verwenden High-Side-Linearstromquellen für die Low- und Medium-Power-Außenbeleuchtung, sind aber ebenso für Applikationen im Auto-Inneren und in der industriellen LED-Beleuchtung geeignet.

Die sechs Bausteine der LITIX Basic+ LED-Treiber-Familie (Ein-und Dreikanalvarianten) bieten die von LITIX Basic bekannte Skalierbarkeit: Das fast identische Pin-out der LITIX Basic+ Bausteine ermöglicht einfache Design-Anpassungen. Sobald man ein Bauteil kennt, kennt man die gesamte Familie. Alle Bausteine sind Automotive-qualifiziert und werden in einem 14-Pin-Gehäuse (TSDSO-14 EP) geliefert.

Alle Treiber haben integrierte Schutzfunktionen bei Überlast, Kurzschluss und Übertemperatur; sie sind außerdem verpolgeschützt (Reverse Battery Protection). Der Eingangsspannungsbereich der Familie reicht von 5,5 V bis zu 40 V, hierbei unterstützen die Bausteine einen LED-Strombereich von 5 mA bis zu 360 mA. Dabei erfüllt die hohe Stromgenauigkeit des LITIX Basic+ die globalen Anforderungen der Automobilzulieferer (Bild 2). Die Stromgenauigkeit wird durch den k-Faktor definiert. Er ist das Verhältnis von Ausgangsstrom zu Referenzstrom. In manchen Regionen wird für den LED Strom eine Genauigkeit von 5 % gefordert. Das günstige EMV-Verhalten des Bausteins reduziert den Bedarf an zusätzlichen Filterkomponenten für ein robustes System. Dies spart weitere Systemkosten.

Diagnosefunktionen sind sicherheitsrelevant

Die Diagnose der Lichtfunktionen in einem Fahrzeug ist essenziell. Fallen beispielsweise LEDs unbemerkt aus, beeinträchtigt dies massiv die Sicherheit im Straßenverkehr. Eine zuverlässige Lastdiagnose der LEDs hilft dabei, gesetzliche Anforderungen an die Leuchte dauerhaft zu erfüllen.

Standard-Diagnose-Funktionen bei LITIX Basic+ LED-Treibern erkennen Kurzschlüsse nach Masse (SC, Short Circuit) sowie Lastunterbrechungen der LED-Kette (OL, Open Load). Werden mehrere LED-Treiber für eine Lichtfunktion verbaut, lassen sie sich im Fehlerfall durch die integrierte N-1- Funktion automatisch deaktivieren. Dies bedeutet, dass sich bei mindestens einer fehlerhaften LED-Kette die gesamte Lichtfunktion abschaltet.

Die Synchronisation erfolgt durch ein Fehler-Status-Netzwerk ERRN (Bild 3). In einem solchen Netzwerk lassen sich bis zu 16 LITIX Basic+ Bausteine direkt verbinden, wobei nur ein externer Pull-up-Widerstand nötig ist. Liegt ein Fehler auf der Platine vor, wird der Stromverbrauch signifikant auf 850 µA pro Bauteil gesenkt. Der den Fehler erkennende Baustein weist einen Stromverbrauch von circa 1,25 mA auf. Damit erzielen die Bausteine einen kleinen Gesamtfehlerstrom, wie er zur Diagnose im BCM (Body Control Module) gefordert wird.

Kurzschluss-Erkennung

Zusätzlich zu den vorher beschriebenen Diagnosefunktionen können LITIX Basic+ Bausteine auch Einzel-LED-Kurzschlüsse (SLS, Single LED Short) sehr flexibel diagnostizieren. Diese im amerikanischen Markt und von vielen deutschen Automobilzulieferern geforderte Diagnosefunktionalität erfüllen drei Bausteine der Treiber-Familie: TLD2132-1EP mit je einem Eingangs- und einem Ausgangskanal (1in/1out), TLD2131-3EP (1in/3out) und TLD2331-3EP (3in/3out).

Für die Fehlerdiagnose vergleicht der Baustein die Spannungen der LED-Ketten mit einer frei konfigurierbaren Referenzspannung. Falls eine LED innerhalb einer LED-Kette einen Kurzschluss aufweist, verringert sich die Ausgangsspannung des Kanals, der die fehlerbehaftete LED-Kette treibt. Diese Verringerung entspricht ungefähr der Vorwärtsspannung einer LED (Bild 4a). Der Ausgangsstrom fließt weiterhin durch die LEDs, da immer noch ein geschlossener Stromkreis besteht. Da die Ausgangsspannung unter den Referenzspannungswert UOUT (SLS_REF) fällt, erkennt der Baustein den Fehler.

Abhängig von den benutzten LEDs und deren Arbeitspunkten (LED-Strom, Temperatur), ist diese Referenzspannung anzupassen. Dies geschieht mittels eines Widerstandes am SLS_REF-Pin (Bild 4b). Je nach Systemanforderungen lässt sich das Verhalten im Fehlerfall mittels zweier Pins (D und DS) folgendermaßen konfigurieren: Entweder meldet der LED-Treiber den Fehlerstatus am ERRN-Pin oder er meldet den Fehler und schaltet zusätzlich ab. Dieses Abschalten lässt sich mittels einer kleinen Kapazität von ca. 10 nF verzögern.

Für Kurzschluss nach Masse und Lastunterbrechung verfügt LITIX Basic+ über eine automatische Restart-Funktion. Hinzu kommt als neue Funktionalität ein Active-Retry-Modus. Dieser trägt dem Umstand Rechnung, dass sich Einzel-LED-Kurzschlüsse nur im eingeschalteten Zustand erkennen lassen.

Im Active-Retry-Modus aktiviert der LED-Treiber im Einzel-LED-Kurzschlussfall die abgeschalteten LEDs kurzzeitig wieder, um eine neue Diagnose durchzuführen. Besteht der Fehler dann nicht mehr, werden alle LED-Treiber wieder aktiviert. Die Abtastfrequenz lässt sich mit einer kleinen Kapazität (ca. 220 nF) flexibel einstellen. Mit diesen Konfigurationsmöglichkeiten bietet LITIX Basic+ die flexibelste aktuell im Markt verfügbare Einzel-LED-Kurzschluss-Diagnose.

Um den Baustein und die Diagnosefunktionalität ein- bzw. auszuschalten, verfügt LITIX Basic+ über einen kombinierten Enable/Diagnosis Enable Pin (EN/DEN), der mit einem einfachen Spannungsteiler konfiguriert werden kann. Dieser Spannungsteiler – ebenso wie andere Konfigurationskomponenten – kann gleichzeitig von mehreren LITIX Basic+ Bausteinen genutzt werden (Bild 5). Dies reduziert die Systemkosten.