| von Raimund Wagner , Hans Zweers

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Rohm

LED-Treiber können so entwickelt werden, dass sie eine Kombination aus serieller und paralleler LED-Steuerung bieten können, um Anzeigen im Instrumentencluster, spezielle Bedienfelder und Bedienelemente in der Mittelkonsole wie Klimaanlage und Radio zu adressieren. Bauteile mit diesem Leistungsmerkmal bieten IC-Entwicklern die Flexibilität, LEDs in verschiedenen Anwendungen mit nur einem einzigen Treiber anzusteuern und so Entwicklungs- und Qualifizierungszeit einzusparen. Hochintegrierte LED-Treiber haben außerdem den Vorteil, dass weniger externe Komponenten benötigt werden und so auch weniger Platz auf der Leiterplatte erforderlich ist.

Komplettlösung

Rohm hat einen LED-Treiber entwickelt, der in einem Chip zwölf Konstantstrom-Treiber zur Ansteuerung einer großen Zahl von LEDs, eine 6-Bit-Stromkalibrierung pro Kanal sowie eine globale PWM-Helligkeitsregelung zusammen mit Diagnosefunktionen enthält. In Kombination mit den ultraflachen RGB-LEDs der SRGB-Serie bietet das Unternehmen so eine Komplettlösung für Automotive-Cluster. Der AEC-Q100-qualifizierte Baustein in einem kompakten HTSSOP20-Gehäuse übernimmt die geregelte Ansteuerung von LEDs mit konstanter Stromstärke und verhindert, dass eine schwankende Versorgungsspannung und unterschiedliche VF-Werte der LEDs Einfluss auf den LED-Strom und damit auf ungewollte Helligkeitsschwankungen haben.
Über den dreikanaligen seriellen Eingang (Serial-in, Clock, Latch-in) des BD18377 lassen sich insgesamt zwölf Treiberkanäle für die Ansteuerung mehrerer LEDs mit einem Ausgangsstrom von 15 bis 50 mA pro Kanal steuern. Die Regelung des maximalen Stroms erfolgt dabei über einen externen Widerstand.

Bild 1: Blockschaltbild des BD18377.

Bild 1: Blockschaltbild des BD18377.Rohm

Wenn die Applikation einen höheren Strom erfordert, ist auch die Parallelschaltung mehrerer Kanäle möglich. Über die serielle Schnittstelle lassen sich auch die Registereinstellungen auslesen um die Settings jederzeit zu verifizieren. Somit kann der Treiber auch eine Diagnosefunktion durchführen. Dadurch ist es möglich, offene beziehungsweise kurzgeschlossene Anschlüsse zu erkennen (fehlerhafte LEDs) und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten, um den Ausfall des kompletten Systems zu verhindern.

Bild 2: Applikationsbeispiel mit je vier roten, blauen und grünen LEDs.

Bild 2: Applikationsbeispiel mit je vier roten, blauen und grünen LEDs. Rohm

Auch eine zu hohe Temperatur auf dem Chip wirkt sich aus: Steigt die Die-Temperatur über 125 °C, setzt der Halbleiter einen Warnindikator, während die volle Funktionalität des Chips weiterhin erhalten bleibt. Das System kann jetzt Maß­nahmen ergreifen – zum Beispiel über die globale PWM-Dimmung die Helligkeit verringern – um ein weiteres Ansteigen der Temperatur zu verhindern. Sollte die Temperatur dennoch weiter steigen, führt der Chip beim Überschreiten der 150-Grad-Schwelle einen Power-on-Reset durch, um eine irreparable Zerstörung zu verhindern.

Genauigkeit

Bei 30 mA stellt der Chip den Ausgangsstrom mit einer Genauigkeit von ±2,5 % von Kanal zu Kanal (eine Bausteins) ein. Zwischen zwei verschiedenen Bausteinen beträgt diese Genauigkeit ±1,7 %. Die Helligkeit jeder LED lässt sich individuell von 1,6 % bis 100 % kalibrieren (6 Bit). Zusätzlich ist eine globale Kalibrierung von 0,1 % bis 100 % per PWM möglich. Somit können verschieden helle LEDs aus unterschiedlichen Binnings zum Einsatz kommen, ohne diese mit verschiedenen Widerstandswerten auszugleichen. Das selbe gilt für die Kompensation subjektiver Unterschiede zwischen LEDs verschiedener Farben: Lediglich die Registereinstellung müssen an die eingesetzten LEDs angepasst werden.

Dimmfunktionen

Bild 3 zeigt das Kalibrieren und Dimmen des Ausgangsstroms und beschreibt das Verhältnis dieser beiden Einstellmöglichkeiten.

Bild 3: Kalibrieren und Dimmen des Ausgangsstroms.

Bild 3: Kalibrieren und Dimmen des Ausgangsstroms.Rohm

Die Einstellung des Maximalstroms IDmax erfolgt mit dem externen Widerstand REXT. Hierbei ändert die Einstellung des Kalibrierungsbits den Stromwert im dazugehörigen Kanal, während durch den PWM-Eingang das Tastverhältnis in allen aktiven Kanälen simultan geregelt wird. Der PWM-Eingang ist vom Taktsignal unabhängig.
In dem angegebenen Beispiel sind D0 und D1 auf einen Wert unterhalb des maximalen Stroms kalibriert, wobei D1 einen geringeren Strom eingestellt hat als D0. Wie angegeben lässt sich die Helligkeit beider Kanäle gleichzeitig mit dem PWM-Signal beeinflussen. Dadurch, dass der eingestellte Stromwert und der Duty-Cycle voneinander unabhängig sind, wird sichergestellt, dass die Kalibrierung der einzelnen Kanäle keinen Einfluss auf die Dimmkurve hat und keine Klirrverzögerungen auftreten. Die Linearität zwischen Eingang und Ausgang wird darduch garantiert, dass die Laufzeitverzögerung beim Ansteigen und Abfallen gleich groß sind.

Diagnose und Zuverlässigkeit

Um den Vorgaben der Autobauer in punkto Garantieanforderungen zu entsprechen, die über zehn Jahre betragen können, bietet der BD18377 mehrere Funktionen zum Schutz des Systems. So erkennt der Baustein Kurzschlüsse und Stromkreis-Unterbrechungen, die zu hohen Strömen und Spannungen am LED-Ausgang führen könnten. Die weitreichenden Diagnose-Funktionen können Fehler identifizieren und an den Mikrocontroller übermitteln, der dann mit entsprechenden Abschalt-Maßnahmen die Zerstörung einzelner Komponenten verhindern kann. So lässt sich die Zuverlässigkeit des Clusters deutlich erhöhen, so dass ein teurer Austausch eines kompletten Systems vermieden wird.

Auf einen Blick

Zwölf Kanäle für 12 LEDs
Der LED-Treiber BD18377 stellt in Kombination mit der LED-Serie SRGB-RGB eine Komplettlösung dar, die für die energieeffiziente und zuverlässige Beleuchtung von Fahrzeug-Clustern konzipiert ist und mit anderen Bausteinreihen kompatibel ist.

Raimund Wagner

ist Product Manager für EPM (MCUs, Sensors, Drivers) bei der ROHM Semiconductor GmbH.

Hans Zweers

ist Technical Director Automotive bei der ROHM Semiconductor GmbH.

(av)

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