L'uso dei Led nelle applicazioni automotive è in continua crescita grazie al loro ciclo di vita più lungo e al basso consumo di energia. Allo stesso tempo la molteplicità e le dimensioni dei display integrati più innovativi da un lato e la crescente complessità della strumentazione per auto dall'altro comportano un aumento della domanda di tecnologia a Led. Ormai non basta più “pilotare” il Led con componenti discreti. Ciò che serve veramente non è solo un'emissione luminosa precisa e costante, ma anche il dimming e una luminosità variabile che consentano ai vari Led di adeguarsi, ad esempio, a varie condizioni di luce ambientale. L'ambiente automotive è difficile e richiede anche l'uso di numerosi circuiti di protezione e funzioni di diagnostica per evitare un'avaria totale derivante dalla rottura di un solo componente. Inoltre la necessità di installare un numero sempre maggiore di funzionalità in un piccolo spazio comporta un onere notevole per i circuiti elettronici. Infine una soluzione tecnologica deve essere in grado di soddisfare le esigenze dei costruttori, ad esempio in termini di gamma di colori, e di garantire un'adeguata versatilità e varie opzioni di progettazione.
Flessibilità e integrazione
Il Led driver può essere sviluppato in modo da fornire un controllo sia seriale che parallelo, adatto per display, quadri specifici ed elementi del pannello centrale (ad esempio climatizzatore e radio). Questo tipo di componenti offre ai progettisti la flessibilità necessaria per gestire i Led con un solo driver in molte applicazioni e, di conseguenza, consente di ridurre il tempo da dedicare allo sviluppo e alla qualificazione. Questi Led driver ad alta integrazione offrono molti vantaggi rispetto ai semplici circuiti di limitazione della corrente perché non richiedono molti componenti esterni e occupano poco spazio sul Pcb. Rohm Semiconductor ha sviluppato un Led driver che include 12 driver a corrente costante in un solo chip per controllare un numero elevato di Led, calibrazione della potenza a 6 bit per canale e controllo globale della luminosità tramite Pwm, oltre a funzioni di diagnostica. Insieme ai sottilissimi Led Rgb della serie SRGB, questo dispositivo, qualificato Aec-Q100 e alloggiato in un package compatto HTSSOP20, costituisce una soluzione completa per i quadri di comando per auto. Il primo compito della gestione dell'alimentazione dei Led è fornire una corrente costante alle uscite con la massima accuratezza, per evitare che tensioni di alimentazione variabili e valori di Vf diversi, insieme ad altri effetti, influenzino la corrente dei Led e, di conseguenza, generino variazioni indesiderate della luminosità.
A questo scopo Rohm ha utilizzato un ingresso seriale a tre canali (serial-in, clock, latch-in) che controlla dodici canali per pilotare più Led con una corrente in uscita compresa tra 15 e 50 mA per canale. La regolazione della corrente massima avviene tramite una resistenza esterna. Se è necessaria maggiore potenza in uscita, è possibile attivare in parallelo più canali. L'interfaccia seriale consente anche di leggere le impostazioni del registro e di verificarle in qualsiasi momento. In questo modo il driver può utilizzare anche le funzioni di diagnostica integrate. Inoltre è possibile individuare connessioni aperte o cortocircuitate (Led guasti), permettendo di adottare opportune misure per evitare il blocco dell'intero sistema, e rilevare una temperatura eccessiva sul chip. Se la temperatura supera i 125° C, viene attivato un segnale di avvertimento mentre il chip continua a funzionare. È comunque possibile adottare misure (es. riduzione della luminosità del dimming Pwm globale) per evitare che la temperatura continui ad aumentare. In tal caso più Led driver possono comunicare tra loro tramite una linea di comunicazione proprietaria e ridurre le prestazioni. Se la temperatura supera i 150°C, il sistema riceve un “power-on reset” che protegge il chip da danni irreparabili. Il dispositivo BD18377 pone anche nuovi standard in termini di accuratezza della corrente in uscita. A 30 mA si raggiunge una precisione di + / -2,5% da canale a canale (di un dispositivo) e di +/-1,7% tra due dispositivi diversi. La luminosità di ogni singolo Led può essere regolata mediante il controllo della corrente, con una calibrazione dall'1,6% al 100% (6 bit). È anche possibile una calibrazione globale dallo 0,1% al 100% mediante Pwm. Pertanto è possibile utilizzare Led con rese luminose diverse da bin diversi, senza dover regolare questi ultimi in base a vari valori del resistore. L'unica cosa da regolare in base ai Led utilizzati sono le impostazioni dei registri e, allo stesso modo, possono essere regolate anche le differenze soggettive tra Led di colore diverso.
Dimming avanzato
Le ultime specifiche del pannello definiscono una gamma di luminosità che inizia con intensità molto basse, ma è largamente scalabile. Inoltre, per implementare varie combinazioni di colori Rgb, ogni Led deve ricevere un segnale di dimming dedicato da impostare separatamente. La corrente massima IDmax viene regolata mediante una resistenza esterna Rext. La regolazione dei bit di calibrazione modifica il valore della corrente del relativo canale, mentre il duty cycle viene regolato contemporaneamente su tutti i canali attivi mediante l'ingresso Pwm che è completamente indipendente dal segnale di clock.
L'uso di un blocco "Pwm Control CR timer" in aggiunta al regolatore di commutazione consente di regolare la frequenza di modulazione e il rapporto di duty di un determinato prodotto con una combinazione fissa resistore-condensatore. In questo caso il tempo necessario per la progettazione viene ridotto dalla possibilità di usare una sola piattaforma di prodotto. Così per la progettazione si possono utilizzare dispositivi più economici e in numero inferiore.
Nell'esempio illustrato D0 e D1 sono calibrati su un valore inferiore alla corrente massima e D1 ha impostato una corrente inferiore rispetto a D0. Come indicato, la luminosità dei due canali può essere influenzata contemporaneamente dal segnale Pwm. Considerato che il valore definito della corrente e il duty cycle sono indipendenti tra loro, la calibrazione di ogni canale non influisce sulla curva del dimmer e non si verifica il clang delay. Il ritardo di propagazione durante l'aumento e la diminuzione ha le stesse dimensioni e garantisce la linearità tra ingresso e uscita.
Diagnostica e affidabilità
L'elevata affidabilità nelle applicazioni automotive è indicata dalla necessità di proteggere i circuiti da sovratensione, sottotensione, polarità, sovracorrente, cortocircuito e calore. In particolare il surriscaldamento, soprattutto in presenza di una tensione eccessiva del sistema, costituisce un problema nelle soluzioni a Led a causa della dipendenza della corrente dalla tensione di alimentazione. Nelle auto la normale tensione d'esercizio necessaria per caricare una batteria da 12,6 è compresa tra 9 e 16 V (normalmente 14 V). Ma occorre anche tener conto di condizioni estreme quali la protezione contro l'inversione di polarità fino a 12 V, avvio di emergenza con doppia tensione continua della batterie (+24V), load dump / sovratensione in caso di disconnessione della batteria dal generatore mentre il motore è in funzione e altre transizioni di potenza. Una caduta di carico non smorzata può durare diverse centinaia di millisecondi e superare facilmente gli 80 V, ma oggi molti produttori hanno centralizzato i circuiti limitatori per una caduta di carico, quindi chiedono che i componenti resistano a tensioni transitorie comprese tra 60 e 40 V. Per soddisfare le esigenze dei costruttori di auto in termini di garanzia, che può durare più di 10 anni, il dispositivo BD18377 offre numerose funzioni di protezione del sistema. Ad esempio, vengono rilevati cortocircuiti e condizioni di circuito aperto che potrebbero comportare correnti e tensioni elevate sull'uscita del Led. Le funzioni di diagnostica consentono di rilevare errori leggibili dal microcontrollore e di adottare azioni correttive per evitare danni ai singoli componenti. Tutte queste caratteristiche consentono di migliorare in modo consistente l'affidabilità della strumentazione e di contenere i costi evitando una costosa sostituzione di tutto il sistema.
