Pompe piscine : au meilleur prix – moins cher – promotion – L’architecture de commande des phares à LED optimisée élargit les opportunités SSL automobiles (MAGAZINE)

Le secteur automobile est actuellement très axé sur la technologie, car les fabricants s’efforcent de rendre les véhicules de tous types plus fiables, efficaces, plus légers et à moindre coût – et bien sûr plus élégants. Dans de nombreux domaines du véhicule, les systèmes électriques remplacent les dispositifs mécaniques et les dispositifs à semi-conducteurs se multiplient, y compris l’éclairage à semi-conducteurs à LED (SSL) dans des rôles dans la cabine et dans les applications extérieures. Même les phares traditionnellement simples n’ont pas échappé à l’attention, car les constructeurs automobiles recherchent des mises en œuvre plus efficaces que les solutions halogènes et à décharge à haute intensité (HID) qui sont le pilier depuis de nombreuses années. Les LED peuvent offrir une efficacité et une liberté de forme qui égalent style et fonctionnalité accrue. Bien que de telles solutions avancées soient disponibles, leur coût a eu tendance à les rendre plus appropriées pour les véhicules haut de gamme, mais ici nous proposerons une architecture qui peut amener SSL dans le domaine même des véhicules d’entrée de gamme.

Contexte et tendances de l’éclairage automobile

En effet, la tendance générale à l’évolution rapide de la technologie dans le monde automobile inclut la lampe frontale. Les concepteurs automobiles cherchent à les rendre plus sophistiqués et donc plus sûrs; cela va à l’extrême, comme les conceptions avec des faisceaux d’entraînement adaptatifs ou ce que l’on a appelé des phares matriciels. Mais même dans les conceptions plus simples, les LED offrent l’efficacité inhérente à la technologie SSL et permettent un meilleur contrôle du faisceau qui équivaut à une meilleure sécurité. De plus, la LED a la capacité inhérente d’être installée dans de nombreux endroits où l’éclairage traditionnel ne conviendrait pas – engendrant de nouveaux concepts et applications.

Dans le monde de l’éclairage automobile, les lampes halogènes ont longtemps été la technologie dominante pour les projecteurs, partageant un segment du marché du luxe avec la technologie HID à base de xénon depuis les années 1990. Avec une efficacité plus élevée et une durée de vie plus longue, les LED se révèlent être une technologie plus disruptive. Après l’adoption initiale des modèles premium, les fournisseurs déploient désormais des composants qui permettront de pénétrer les segments de marché grand public.

Adapter l’approche de l’éclairage au véhicule

Il existe deux approches principales pour la conception des systèmes de commande / pilote de lampes automobiles grand public. Séparées par les performances et le coût, les deux approches sont importantes dans les applications automobiles. Dans les applications premium, l’approche de tension intermédiaire est utilisée. Il est à la fois évolutif, prenant en charge quatre à six canaux LED voire plus, et flexible car il peut fonctionner avec des tensions LED / string de 2–50V et des courants de 100 mA – 2A. La figure 1 représente un schéma de principe d’un tel sous-système de projecteur.

Une solution de tension intermédiaire typique telle que sur la figure consiste en un pilote de suralimentation pour augmenter la tension de la batterie et un pilote de déviation dédié pour chaque chaîne de LED qui correspond à une seule lumière dans le module de phare [headlamp beam, turn indicator or daylight running light (DRL)]. Un microcontrôleur contrôle le système, en particulier le pilote boost et chacun des pilotes buck. Les convertisseurs de puissance sont généralement de technologie asynchrone et atteignent des rendements de l’ordre de 80 à 85%. Le dernier élément de cette approche est ce que l’industrie automobile appelle une puce de base du système (SBC) qui comprend une alimentation, une fonction de surveillance et un émetteur-récepteur de bus CAN, permettant au module d’éclairage de communiquer avec les systèmes plus larges du véhicule.

Bien que l’approche de la tension intermédiaire soit bien adaptée aux véhicules haut de gamme haut de gamme, elle est assez gourmande en composants, en particulier en termes de convertisseurs buck et boost. L’évolutivité et la prise en charge d’une large gamme de sorties de tension sur différentes chaînes ont un prix et de telles approches architecturales sont difficiles à optimiser en termes de coût.

Opportunité milieu de gamme et entrée de gamme

L’adoption plus large du SSL dans les véhicules de milieu de gamme et d’entrée de gamme devrait passer à des millions de véhicules qui seront sur la route avec la technologie LED. Réaliser une telle
une adoption élargie dans un avenir très proche nécessite une approche différente dans le sous-système pilote / contrôleur. Au lieu d’avoir un seul pilote buck par guirlande lumineuse / LED, une approche optimisée en termes de coûts a un seul pilote buck-boost centralisé et efficace à plus de 90%. Ce concept de conducteur centralisé alimente toutes les lumières du système. Le flux de courant vers les lumières est contrôlé par plusieurs MOSFET à faibles pertes, ou transistors de commutation, qui sont contrôlés à partir du microcontrôleur via un décaleur de niveau.

Comme avec l’approche de tension intermédiaire, une solution à coût optimisé comprend également un microcontrôleur dédié et un SBC, comme illustré sur la figure 2. En comparant les deux approches, l’approche à coût optimisé a un seul convertisseur CC / CC au lieu de cinq . Il comprend plus de MOSFET – un pour chaque chaîne de LED, mais a beaucoup moins d’inductances de puissance, de diodes et de résistances. Une installation type nécessite, en moyenne, 17 composants de moins.

figure. 2. Un sous-système de commande alternatif à coût optimisé pour les lampes frontales offre flexibilité et évolutivité pour une taille plus petite, une plus grande simplicité et un coût moindre.

L’efficacité supérieure de l’approche optimisée en termes de coûts se traduit par une réduction de 50% des pertes de puissance, ce qui signifie que le système nécessite moins de refroidissement / dissipation thermique. Un radiateur plus petit coûte également moins cher. Associé à la réduction du nombre de composants, le résultat final est une solution plus petite et moins coûteuse, mais avec moins de flexibilité et d’évolutivité.

Compromis et solutions

Il y a des compromis à faire avec cette approche pour piloter plusieurs LED / chaînes. Cette approche optimisée en termes de coûts fait passer les lumières dans et hors de la chaîne, peut-être lorsque le système passe des feux de route aux feux de croisement selon les besoins. Une telle commutation peut entraîner des pics de courant dans la sortie qui pourraient nuire aux LED qui restent alimentées, comme le montre la figure 3.

figure. 3. La commutation rapide des charges dans la conception du circuit de commande des phares à coût optimisé peut entraîner des pointes de courant dommageables.

Le développeur du produit peut traiter le potentiel de dommages grâce à une technique connue sous le nom de Fast Output Discharge (FOD) par laquelle la commutation du convertisseur est suspendue pendant une courte période tandis que le demi-pont (pont en H) dans le pilote buck-boost décharge le condensateur de sortie à la tension cible, comme le montre la figure 4. Pendant ce temps appelé TPREP, la dérivation est modifiée pour n’inclure que les lumières requises, puis la suralimentation en abaisseur reprend la commutation sans pointe de courant. Ce processus se produit dans une durée très courte et, par conséquent, les yeux humains ne peuvent pas discerner la période d’arrêt en raison de la persistance de la vision.

Aujourd’hui, les développeurs de produits peuvent utiliser un circuit intégré de pilote qui intègre une telle prise en charge FOD – un pilote buck-boost à pont en H conçu pour prendre en charge le secteur automobile à coût optimisé.
applications d’éclairage. Infineon, par exemple, propose un tel appareil dans le cadre de la gamme d’appareils LITIX et offre à la fois un contrôle à courant constant et à tension constante des LED. Il est spécialement conçu pour piloter des LED haute puissance ou des modules laser dans les applications automobiles avec des rendements allant jusqu’à 96% et peut fournir des ensembles d’éclairage de phares complets (feux de croisement, feux de route, DRL et indicateurs de direction) à partir d’un seul DC / DC convertisseur.

figure. 4. La technique de décharge de sortie rapide peut gérer la tension du condensateur pour assurer une transition sans pic pendant les sauts de charge.

L’appareil fonctionne sur toute la plage de tension automobile, accepte des tensions d’entrée comprises entre 4,5 et 40 V, est compatible avec une large gamme de LED nécessitant des tensions directes comprises entre 2 V et 55 V. La précision du courant LED est de ± 3% (à T_J = 25 ° C). Les LITIX d’Infineon sont conformes aux spécifications AEC (Automotive Electronics Council), ce qui signifie que les circuits intégrés sont capables de fonctionner de manière fiable dans l’environnement difficile de l’automobile.

Le nouveau circuit améliore le comportement dynamique, en particulier en ce qui concerne les changements de charge rapides et les pics de courant qui peuvent être présents dans les chaînes multiples à coût optimisé
Architectures de pilotes SSL. L’appareil est optimisé pour les EMI et comprend une fonction d’étalement de spectre automatique. Il comprend également une fonction maison molle qui assure la présence d’éclairage en cas de conditions de panne, permettant au véhicule d’être conduit en toute sécurité vers un atelier de réparation.

Pour raccourcir le cycle de développement, Infineon a produit un démonstrateur de solution qui permet de comparer directement une solution de tension intermédiaire et une solution à coût optimisé.

Résumé

La technologie de l’industrie automobile évolue rapidement et l’un des domaines de changement rapide est celui de l’éclairage des véhicules. La technologie fondamentale passe rapidement de la technologie halogène à la technologie LED, qui dominera le marché d’ici quelques années.

Bien qu’une grande partie des efforts de développement aient jusqu’à présent été dirigée vers la création de solutions d’éclairage sophistiquées à base de LED pour les véhicules haut de gamme, avec l’adoption généralisée des LED dans l’éclairage des véhicules, celles-ci deviendront bientôt la solution préférée dans les véhicules de milieu de gamme. Les ventes annuelles prévues de 25 millions de véhicules de milieu de gamme avec éclairage LED signifient qu’une nouvelle approche conducteur / contrôleur est nécessaire, spécifiquement pour traiter ce secteur.

L’approche à coût optimisé offre une certaine flexibilité et évolutivité pour fournir une solution qui utilise beaucoup moins de composants pour piloter les lumières du véhicule à partir d’un seul convertisseur DC / DC Buck-Boost avec commutation MOSFET contrôlée intelligemment pour contrôler le flux de courant vers les lumières. Avec une efficacité considérablement accrue jusqu’à 96% pour cent, cette approche offre une solution plus petite, plus efficace et moins coûteuse pour les futurs véhicules de milieu de gamme.

Faites connaissance avec notre expert

ANDRES ZAVALA est responsable du marketing de segment chez Infineon Technologies. Il a travaillé avec plusieurs sociétés de semi-conducteurs, développant des microcontrôleurs et d’autres produits principalement dans les applications automobiles et les marchés industriels. Zavala a occupé des postes chez Avnet Electronics Marketing, Freescale Semiconductor et Motorola, et a également été professeur d’ingénierie électronique à l’ITESM Campus Chihuahua au Mexique. Il est titulaire d’un baccalauréat en génie électrique et électronique de l’ITESO (Instituto Tecnologico y de Estudios Superiores de Occidente) – Université jésuite de Guadalajara, et d’une maîtrise en administration des affaires de l’ITESM ((Instituto Tecnologico y de Estudios Superiores de Monterrey).

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