新しいLEDドライバモジュールで車載用照明によくある課題に取り組む
Allen Y Chen
LED照明は、車載用電子機器で最も急速に成長している分野の1つですが、固有の課題がないわけではありません。この記事では、今日の照明装置の設計者が直面しているいくつかの主要な制約について説明し、MPSの新しいMPM6010-AEC1車載用LEDモジュールがこれらの制約にどのように対処できるかを探ります。
車載用電子機器の最大のトレンドの1つは、照明用LEDの普及です。これは、長寿命、小型、低消費電力という本質的な利点が、今日の環境に配慮した車両のニーズと完全に調和しているためです。今日、LEDは車内やその周辺に数十個見られます。内側には、アクセントとムードの照明、表示灯、デジタル画面のバックライトがあります。外側では、ターニングやポジションインジケータから、フォグやデイタイムランニングライトまで、あらゆるものに最適です。LEDは、たった数年前の時点で主にハロゲンベースまたはキセノンベースであった高出力ヘッドランプの主役になると予測されています。
今日の車載用照明エンジニアは、これまでになく小型でエキゾチックなLEDソリューションを実装する際に、高い信頼性、電磁干渉 (EMI) に対する堅牢性、熱管理など、さまざまな技術的課題に直面しています。
高い信頼性は自動車工学の普遍的な精神であり、車両の状態 (方向転換、停止、警告など) を示すために依存する可能性のある外部照明では特に重要です。信頼性を最大化するための一般的なルールは、ボード上の部品の数を最小限に抑えることです。通常、部品が少ないほど、潜在的な障害箇所が少なくなり、マテリアルハンドリングが少なくなり、レイアウトが複雑にならず、デバッグと市場投入が容易な設計になります。
さらに、LEDシステムが縮小するにつれて、これらを駆動するために使用される関連する電子機器もそれに倣わなければなりません。より小さなボード設計を実現するための一般的な方法は、スイッチングドライバの動作周波数を上げて、関連するインダクタとコンデンサのサイズを小さくすることです。しかし、より高いスイッチング周波数に移行すると、放射エミッションが壊滅的に増加する可能性があります。EMIはスイッチング周波数と2乗の関係にあります。つまり、スイッチング周波数を2倍にすると、EMIは4倍に増加します。これに対抗するために、設計者は回路図とレイアウトを厳密に調整して低損失コンポーネントを選択し、最大の過渡電流アクティビティが見られる敏感な経路またはループを最小限に抑える必要があります。これらには、スイッチ、エネルギー往復インダクタ、およびデカップリングコンデンサが含まれます。EMIを低減する別の方法は、単に金属シールドを追加することですが、これは価格に敏感なライティング市場ではしばしば手が出ないほど高価です。
最後に、LEDは本質的に、ハロゲンや白熱灯に比べてはるかに少ない電力で済みますが、熱管理はLEDの平均寿命に直接関係しており、大きな懸念事項です。LEDは数十万時間の稼働時間を約束することで有名ですが、過度に高い接合部温度にさらされ、車両が生き残らなければならないしばしば過酷な気候によってさらに悪化すると、これが大幅に減少する可能性があります。
図1: MPM6010自動車用LEDドライバモジュールの内部立体表示
MPSは、業界で最も先進的な車載用LEDドライバモジュールであるMPM6010-AEC1を開発したときに、これらの重要な懸念を念頭に置いていました。この36V、1.5A、LEDモジュールは、同期整流降圧LEDドライバを自動車グレードのインダクタおよびデカップリングコンデンサと集積し (図1) 、最大15Wの車内および外部照明アプリケーションを対象としています。MPM6010のコンパクトな3mm x 5mmの形状要素は、図2に示すように、このモジュールを使用してボードレイアウトを大幅に簡素化および縮小し、わずか4つの外付け部品で完全なLEDドライバソリューションを実現できます。
図2: 1.5A用の代表的なMPM6010アプリケーション回路
MPM6010-AEC1は、MPSのDC/DCコンバータソリューションで普及しているのと同じ優れた独自の低RDS(ON) プロセス技術を利用して、2.2MHzで90%以上の効率を実現し、より低温で動作するLEDシステムに貢献します。 図2は、2.2MHzで稼働する1または2組の接続されたLEDを使用している実際のアプリケーションで計測された効率を示しています。
図3: MPM6010は2.2MHz、12V入力で動作します
このLEDドライバモジュールは、必要な部品の数を大幅に削減することで、システムの信頼性を向上させます。図3に示すように、単一のMPM6010モジュールが、個別部品で構成されたドライバに相当する4～6個のボードレベルの部品を代替します。さらに、内蔵インダクタは、モジュール全体がAEC-Q100ガイドラインで認定される前に、AEC-Q200受動部品認定ガイドラインで別途認定されました。
MPM6010を使用すると、EMIが最適化されます。これは、過渡電流が最も大きいクリティカルループがモジュールパッケージ自体にローカライズされるため、自動車の標準EMC要件であるCISPR25クラス5に合格することがより簡単になります。
図4: MPM6010CISPR25クラス5の平均放射エミッション
最後に、MPM6010-AEC1は、PWM調光入力 (EN / DIM) またはLED電流調整フィードバックピン (FB) のいずれかを使用したサーマルフォールドバック技術を採用することにより、LEDの熱管理をサポートします。 図5は、後者のそのような実装の1つを示しています。外部サーミスタによって追跡される温度がその臨界しきい値に達すると、LEDに供給される電流が抑制されます。この回路は、サーマルシャットダウンやオープン / ショートLED検出などの組み込みの安全機能と相まって、LEDを安全な動作マージン内に維持し、長寿命をより確実にするのに役立ちます。
図5: MPM6010サーマルフォールドバック回路
MPM6010は、AEC-Q100グレード1規格に認定されており、自動光学検査を支援するオプション付きで、ウェットテーブル側面を備えた3mm x 5mm x 1.6mm QFNパッケージで提供されます。
自動車企業は、LED照明システムの設計において厳しい性能とサイズの目標に直面しており、市場の傾向は、これらが時間の経過とともに厳しくなることを示唆しています。MPM6010のような高度な統合ドライバモジュールは、高信頼性、EMIコンプライアンス、制御された熱などの積極的な製品要件を満たすのに役立ち、これらのシステム目標の達成を容易にし、これまで以上に洗練された照明および信号システムの新世代への道を開きます。
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