[테크월드=선연수 기자] LED가 자동차 외장 조명의 혁신 속도를 높여주고 있다. 자동차 제조사는 세련된 조명 디자인을 통해 브랜드 이미지를 향상시키고 있다. 또한, 우수한 에너지 효율을 달성해 CO2 배출량 절감에 기여하고, 제조사들의 제품 개발 기간도 단축해나가고 있다.
5년 전 쯤부터 유럽시장을 필두로 LED 미등 제어로, 여러 개의 단일 부품으로 구성된 디스크리트 솔루션 대신 집적화된 LED 드라이버 채택이 늘어나고있다. 이는 신뢰성은 높이고 비용은 절감할 수 있어 고급형 차종뿐 아니라 소형 차종에도 빠르게 도입되고 있다.
집적된 LED 드라이버는 법규에서 요구되는 다양한 진단 기능도 제공하며 전력 분산(Power shift), PWM 등의 기능을 통합해 개발자의 조명 시스템 설계를 돕는다[그림 1].
갈수록 어려워지는 요구 사항
인피니언은 LED 드라이버 제품군 LITIX 베이직플러스(LITIX Basic+)[그림 1]을 통해 점점 고도화되는 설계 요구를 충족할 수 있는 솔루션을 제공하고 있다. LITIX 베이직(LITIX Basic)은 2013년 출시된 제품으로, 최근 7개 제품이 신규로 추가됐다. 두 드라이버 제품군 모두 상측(High-side) 선형 전류 소스를 사용해 저전력·중간전력 외부 조명에 사용하기 적합하며, 자동차 실내 조명과 산업용 LED 조명에도 활용할 수 있다.
1ch, 2ch, 3ch 출력으로 구성된 LITIX Basic+ LED 드라이버 제품군은 제품들 간 핀아웃이 거의 동일해 다른 디바이스로의 이전이 용이하다. 하나의 디바이스에 대해 익히면, 전체 제품군을 쉽게 익힐 수 있는 구조다. 모든 제품은 자동차 환경 요건을 충족하며, 14핀 패키지(TSDSO-14 EP)로 제공된다[그림 1].
제품들은 과부하, 단락 회로, 과열, 역 극성(배터리를 거꾸로 연결할 경우) 보호 기능을 갖추고 있다. 5.5~40V의 입력 전압 범위, 5~360mA의 LED 전류를 지원하며, 높은 전류 정확도로 자동차 업계의 요구조건을 만족한다[그림 2]. 전류 정확도는 케이팩터(k-factor)에 의해 정해지는데, 이는 레퍼런스 전류에 대한 출력 전류의 비율을 의미한다. 일부 지역에서는 5%의 LED 전류 정확도를 요구하기도 한다.
인피니언의 관련 제품들은 우수한 EMC 동작으로, 안정적인 시스템을 구현하기 위해 필요했던 추가적인 필터 부품을 줄일 수 있다. 이를 통해 시스템 측면에서의 비용도 절감할 수 있다.
안전성과 직결된 진단 기능
자동차에서 조명 기능에 대한 진단은 필수적인 과정이다. 만약 갑자기 LED에 문제가 발생하면, 도로에서의 안전에 심각한 위협을 끼치게 된다. 이에 LED에 대한 신뢰성 있는 부하 진단으로 조명에 대한 법적 규정을 충족한다[그림 3].
LITIX Basic+ LED는 표준화된 진단 기능으로 단락 회로(SC, Short Circuit)와 LED 부하 단선(OL, Open Load)을 검출해낸다. 여러 개의 LED 드라이버가 사용될 경우, N-1 기능을 통해 모든 작동을 자동으로 중지할 수 있다.
이를 위해서는 결함 상태 네트워크(ERRN 핀)를 이용한 동기화가 필요하다[그림 3]. 이런 네트워크로 최대 16개의 LITIX Basic+ 디바이스를 연동할 수 있고, 하나의 외부 풀업 저항만으로 구축할 수 있다. 결함을 감지한 디바이스는 전력 소모를 1.25mA까지 낮출 수 있으며, 네트워크를 통해 결함 상태를 전달받을 경우 850µA까지 낮출 수 있다. 이런 효과로 결함에 의한 총 소비 전류를 대폭 줄일 수 있고, BCM(Body Control Module)으로 또 다른 진단을 할 수 있도록 돕는다.
단일 단락 회로 검출
LITIX Basic+로 단일 LED 단락(SLS, Single LED Short) 진단도 유연하게 수행할 수 있다. 이는 미국 시장과 독일 자동차 제조사들이 많이 요구하는 부분으로, 제품군 중 3개의 제품이 이 진단 기능을 제공한다. 입·출력 채널을 각각 1개씩 지원하는 TLD2132-1EP부터, TLD2131-3EP(1in/3out), TLD2331-3EP(3in/3out)까지 공급되고 있다.
결함 진단 회로는 레퍼런스 전압과 LED 체인 전압을 비교하는 것으로, LED 체인 중 LED 하나가 단락되면 해당 채널의 출력 전압이 낮아지게 된다. 이 감소분은 하나의 LED 포워드 바이어스(Vf)에 해당된다[그림 4 (b)]. 드바이버는 여전히 LED와 연결된 상태이기에 출력 전류는 계속 흐르며, 출력 전압이 레퍼런스 전압 VOUT(SLS_REF)보다 낮아지면 결함 발생을 감지할 수 있다. 사용하는 LED와 동작점(LED 전류, 온도)에 따라 레퍼런스 전압 조절이 필요한데, 이는 SLS_REF 핀에 연결된 저항으로 할 수 있다[그림 4 (a)].
시스템 요구에 따라 D, DS 핀 2개를 사용해, 결함 시 ▲LED 드라이버가 ERRN 핀을 통해 결함 발생을 보고하고 ▲결함을 보고하는 동시에 스위치를 끄고 ▲이때 약 10nF의 작은 커패시턴스로 스위치 오프 지연의 동작 과정을 구성할 수 있다.
(b) LED 결함을 나타내는 전압 파형
LITIX Basic+는 회로 단락이 해제되면 자동으로 재시작하는 기능을 갖추고 있다. 이 동적 재시도 모드는 디바이스를 주기적으로 켜지도록 해 단일 LED 단락 회로를 검출하게 하는 것으로, 구체적으로는 단일 LED 단락 회로 시 LED 드라이버가 스위치 오프된 LED를 주기적으로 켜 진단을 실시하는 것이다. 오류가 더 이상 없을 경우 모든 LED 드라이버는 즉시 다시 켜진다. 약 220nF의 작은 커패시턴스를 사용해 샘플링 주파수를 유연하게 조절할 수 있다.
또한, 이 제품군은 2가지 기능을 결합한 인에이블/진단 인에이블(EN/DEN) 핀을 제공해, 간단한 전압 분배로 디바이스와 진단 기능을 켜고 끌 수 있다. 전압 분배 회로와 여타 구성 부품을 여러 개의 LITIX Basic+ 모듈에 공용으로 연결해 시스템 비용도 낮출 수 있다[그림 6].
▷ '차량용 지능형 선형 조명과 진단 기능들 ②'로 이어집니다.
글: 게르노트 운터베거(Gernot Unterweger) 애플리케이션 엔지니어,
폴커 타그루버(Volker Taggruber) 자동차 LED 드라이버 제품 마케팅 책임자
자료제공: 인피니언 테크놀로지스
- 이 글은 테크월드가 발행하는 월간 <EPNC 電子部品> 2020년 5월 호에 게재된 기사입니다.
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