LED-Treiber
Höhere Flexibilität bei geringeren Kosten
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Die Balance zwischen Aufwand und Kosten finden
LEDs haben, wenn sie innerhalb bestimmter Grenzen betrieben werden, ja eine nahezu unerschöpfliche Lebensdauer. Welche Maßnahmen ergreifen Sie bei Ihren Schaltungen, damit Ihre Bausteine nicht schon vorher ausfallen?
Fronen: Der wichtigste Faktor, der die Lebensdauer einer LED bestimmt, ist die Betriebstemperatur. Wird die LED mit einem Strom betrieben, der deutlich unterhalb des Maximalwertes liegt, und wird für eine gute Wärmeabfuhr gesorgt, mit der die LED auf einer vergleichsweise niedrigen Temperatur gehalten wird, dann wird die Lebensdauer deutlich gesteigert. Die Treiber-Elektronik trägt zu den Leistungsverlusten des Systems bei. Insbesondere in räumlich beengten Verhältnissen haben die Verluste des Treibers einen signifikanten Anteil an den gesamten Verlusten, die führt dann auch zu höheren Betriebstemperaturen der LED.
Die Lebensdauer einer LED ist laut Definition dann erreicht, wenn diese noch 80 Prozent des Anfangslichtstroms abgibt. Könnte man nicht dieser schleichende Degradation entgegenwirken, wenn die LED mit einem zusätzlichen Sensor überwacht und darüber auf konstanten Lichtstrom regelt?
Fronen: Tatsächlich besteht die Möglichkeit, an den THM-Eingang einen Licht-Sensor anzuschließen und darüber die LED-Kette auf einen konstanten Lichtstrom zu regeln. Für gewöhnlich wird eine solche Gegenkopplung dazu genutzt, das Zurückgehen der Lichtstärke weniger merklich zu machen. Im Verlauf der Lebensdauer einer LED registriert der Sensor den Rückgang in der Ausgangsleistung, der Regler kompensiert diesen dann dadurch, dass der mittlere Strom durch die LEDs größer gemacht wird. Das verhindert aber nicht die weitere Degradation der LED und führt letztlich zu einer kürzeren Lebensdauer, weil der LED-Strom und damit auch die Temperatur höher werden. Der Lichtstrom ist in einer solchen Konfiguration über die gesamte Lebensdauer hin konstant, um dann am Ende plötzlich stark abzufallen.
Die Referenzspannungsquelle ist ja unmittelbar an den Eingangsdifferenzverstärker des Operationsverstärkers angebunden. Ist diese besonders rauscharm, oder sind die Variationen durch die Pulsbreitenmodulation doch so groß, dass Fehler durch das Rauschen vernachlässigt werden können?
Fronen: Genau aus diesem Grund wurde der Differenzverstärker in einer "Low noise"-Technologie ausgeführt. Das Rauschen von der Pulsbreitenmodulationsstufe und die von der Schaltvorgängen herrührenden Störimpules haben kaum Einfluss auf das Ausgangssignal des Differenzverstärker und können daher vernachlässigt werden.
Welche Überlegung steckt dahinter, den MOSFET für die Leistungssteuerung nicht mit auf dem BD8381-EFV-M zu integrieren? Eine solche Auslagerung führt ja stets zu einem Schaltungskonzept, bei dem die Anzahl der erforderlichen externen aktiven und passiven Bauelemente doch recht hoch ist.
Fronen: Oft muss bei der Konzeption eines Schaltreglers die Balance gefunden werden zwischen den Kosten und der maximalen Verlustleistung, mit der das Gehäuse betrieben werden kann. Mit Verwendung eines Gehäuses, das eine höherer Verlustleistung zulässt, ließe sich der MOSFET integrieren. Aber das macht das Bauteil nicht nur teurer, sondern eine solche Lösung führt zu einem Verlust an Flexibilität und das thermische Design wird komplexer. Die Auswahl eines externen MOSFET lässt sich auf die Anforderungen der LED-Kette hin eng zuschneiden, zudem kann dieser auf der Leiterplatte so platziert werden, dass die Wärme besser abgeführt wird. Wenn die Leistungstransistoren integriert sind, dann entsteht die gesamte Wärme in einem vergleichsweise kleinen Bereich auf der Leiterplatte. Darüber hinaus sind wir der Ansicht, dass sich LED-Systeme immer noch verändern und sich von Anwendung zu Anwendung unterscheiden. Der erhaltene Freiheitsgrad bei der Auswahl der Leistungsbauelemente ist daher tatsächlich ein Vorteil.
Die in den Unterlagen angegebene Methode, die Regelparameter über einen Spannungsteiler einzustellen, minimiert den Bauteileaufwand nicht. Könnten solche Parameter nicht in der nächsten Generation über den I²C-Bus in ein Register geschrieben werden? Das hätte auch den Vorteil, dass die Betriebsparameter in der Fertigung optimiert werden können?
Fronen: Um die Dimmfunktion mit einem Register über die I²C-Bus zu konfigurieren, bedarf es eines Mikrocontrollers. Die Grundkonzeption des Bausteins BD8381 besteht aber darin, ein Dimmen ohne Mikrocontroller zu ermöglichen. Die Gesamtkosten einer Anwendung sind bei Verwendung des BD8381 eben entsprechend niedriger.
Wäre es nicht für den Anwender günstiger, wenn Sie das gesamte Modul einbaufertig als "System in Package" anböten, anstatt ihm mit der vorliegenden "offenen" Lösung vor eine zwar lösbare aber dennoch komplexe Designaufgabe zu stellen?
Fronen: Wie schon weiter oben ausgeführt sind wir der Meinung, dass sich LED-Scheinwerfer, was den Markt betrifft, am Anfang einer Entwicklung stehen. Derzeit sehen wir viele verschiedene Lösungen auf der Grundlage unterschiedlicher LED-Konfigurationen in der Anwendung. Eine vollständige Systemlösung in einem Modul würde die Flexibilität beim Design und auch die Wahlmöglichkeiten bei den LEDs einschränken. Daher sehen wir hier derzeit keinen besonderen Vorteil darin, ein solches System anzubieten.
Für das Unternehmen Rohm gilt jedoch, dass es nicht nur LED-Treiber anbietet, sondern es kann mit der Unternehmensgruppe die gesamte Palette der für einen Autoscheinwerfer erforderlichen Schlüsselkomponenten liefern: LEDs, Motor-Treiber, EEPROM, LDO-Spannungsregler, diskrete und passive Bauelemente, aber auch den Mikrocontroller (OKI). Wenn unsere Kunden besondere Anforderungen haben, sind wir auch offen für eine Entwicklung vollständiger Module.
- Höhere Flexibilität bei geringeren Kosten
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