디자이너들은 자동차 조명을 안전하고 또한 신뢰할 수있도록 제어 장치를 제공하는 데 어려움을 겪고있습니다.

과거에는 인생이 훨씬 단순했었죠, 자동차에 스위치가 거의 없었기 때문에 운이 좋으면 방향 표시등이 원하는 지점에서 켜졌습니다. 전구가 작동하지 않을때는 인근 운전자들이 이 당신에게 크락션을 울려 당신이 보이지 않는다는걸 알려 주었죠. 요즘은 구동이 되지 않는 라이트등은 거의 없죠. 수명이 긴 LED는 점점 더 보편화되고 있습니다. 이것은 인류의 성공적 사례이며 전력 반도체는 그 분야에서 상당한 비중을 차지하고 있습니다.

구동이 안되는 헤드 혹은 테일 라이트는 굉장히 현실적인 안전 문제인데요. 1980년대에는 기능을 모니터링하고 수명을 연장하는 것이 개발자의 목표였습니다. 이것은 단일 램프 또는 램프 그룹을 켜기 위해 릴레이를 유지하는 악명 높은 중앙 릴레이 박스의 시대였습니다. 이러한 릴레이를 모니터링 할 수있는 솔루션을 찾는 데는 많은 노력이 필요했습니다. 전구 전류를 측정하고 그에 따라 분석해야했습니다. 그러나 여전히 릴레이의 수명은 백열전 구의 수명만큼이나 제한적입니다.

이전 릴레이의 기술을 비용면에서 새로운 지능형 반도체 스위치로 변경 하자 마자 반도체 제조업체에게는 큰 뉴스거리 였습니다. 릴레이의 수명을 연장하고 진단을 구현하며 신뢰성을 높일 수있었습니다.

LED의 출시는 두 번째로 중요한 단계였습니다, 그러나 이것은 많은 것들을 복잡화 시켰죠. 그들은 완전히 다른 제어가 필요했는데 고급 전자 장치에 의해서만 가능했습니다.

백열전구나 LED의 양이 증가하면서 헤드 라이트에 XENON 가스 방전 전구를 사용하는 단계가 있었고 또한 현재도 사용되고 있죠.

실내의 조명과 달리 차 외관의 조명 기능의 수는 수년 동안 (형태 이외의) 많이 변하지 않았습니다. 대시 보드는 밤 라스베가스 스트립처럼 반짝입니다. RGB-LED가 도입 됨으로써 자동차 내부가 기분, 옷 또는 매니큐어에 따라 밝아 질 수 있었죠.

스마트 전원 스위치 사용 : 릴레이 교체 만이 아니다 

기술 및 회로 개발

초기 90 년대에는 최초의 스마트 파워 드라이버가 출시되어 전력, 전압 및 비용면에서 릴레이를 대체했습니다. BMW는 명품 모델에서 처음으로 램프 제어를위한 조명 모듈을 도입 한 최초의 자동차 제조업체 중 하나였습니다. 

그 당시에는 광범위한 파워 MOSFET (금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터)이 사용 가능 해졌고 고전적인 바이폴라 트랜지스터로 대체되었습니다. 표준 전력 트랜지스터 공정에서 추가 레이어가 도입됨에 따라 추가 기능이 동일한 칩에 통합 될 수있다. 트랜지스터가 '영리하다'. ST 마이크로 일렉트로닉스의 VIPower (수직 지능형 전원) 발명은 자동차의 높은 전력을 제어하는 ​​많은 혁신의 시작이었다.

주요 기능들

부하를 전환하기위한 가능한 두 가지 구성이 있습니다 : 상측과 하측. 하이 사이드 구성에서는 스위치와 접지 (GND) 사이에 부하가 연결됩니다. 낮은 쪽 구성에서는 부하가 배터리 전압과 스위치 사이에 연결됩니다 ( 그림 1 ). 안전을 위해 스위치 (특히 전구)는 항상 GND와 하이 사이드 드라이버의 소스 사이에 연결됩니다.

그림 1 로드를 제어하는 ​​두 가지 방법

이렇게 하면 가장 일반적인 단락 (접지) 시 부하가 의도하지 않게 켜지는 것을 방지합니다. 이것은 램프에 치명적인 결과를 초래할 것입니다 : 안개등, 하이빔 및 브레이크 라이트의 우연한 활성화는 상상할 수 있는 것처럼 큰 안전 위험 요소입니다.

이를 위해서는 제어를 위해 내부 게이트에서 전압을 필요로 하는 소위 하이 사이드 스위치가 필요하며 이는 공급 전압 (드레인에있는)보다 높아야 한다. 이 디바이스는 내부 전하 펌프를 필요로 하는데, 효율적이어야 하며 전자기 복사가 없어야합니다.

전구에는 특별한 전류 특성이 있습니다. 이 스위치를 켜면 짧은 시간 동안 전류가 연속 전류보다 10배 이상 커집니다. 그리고 이 특성은 온도에 강하게 의존합니다. 이것은 운전자가 벌브의 충분한 수명을 보장하기 위해 전류 한계의 특수 전류 프로파일을 실현하는 데 더 어려움을 겪는다는 것을 의미합니다.

과전류 릴레이가 있는 또 다른 결정적인 이점은 일련의 진단 및 보호 요소의 가능성입니다. 내부 측정 및 부하 전류 평가로 램프를 완벽하게 모니터링하고 보호 할 수 있습니다. 그림 2 는 기본 블록 다이어그램입니다 .

그림 2 통합 된 하이 사이드 드라이버의 블록 다이어그램

스마트 하이 사이드 드라이버에는 다음이 있어야합니다.

일반 기능

●전력 제한에 의한 돌입 전류 활성 관리

●매우 낮은 대기 전류 (~ 2 μA)

●매우 낮은 전류 감지 누설

●3V CMOS 호환 입력

●최적화 된 전자기 방출

●매우 낮은 전자기 민감성

진단 기능

●비례 부하 전류 감지

●넓은 전류 범위를위한 높은 전류 감지 정밀도

●개방 하중 감지

●열 셧다운 표시

●빠른 과부하 / 단락 대 접지 감지 (향상된 옵션 용)

보호 기능

●저전압 셧다운

●과전압 클램프

●부하 전류 제한

●빠른 열 과도 현상의 자체 제한

●접지 손실 및 VCC 손실 방지

●자동 재시작 (열 셧다운) 기능으로 과온 셧다운

●정전기 방전 보호

●역 배터리 보호

응용 프로그램 옵션 및 예제

오늘날 스마트 전원 드라이버는 자동차의 모든 조명 제어에 대해 단일 또는 다중 채널 버전 및 다양한 구성으로 사용됩니다. 여기서 릴레이는 거의 완전히 부재합니다. 모든 조명 기능은 중앙 제어 장치 (이전의 소위 라이트 모듈)에 집중되어 있거나 중앙 본문 도메인 컨트롤러의 구성 요소입니다. 전면 및 후면 모듈의 분리도 오늘날 일반적입니다.

그림 3 은 다수의 스마트 전원 장치를 감지할 수 있는 차체 제어 모듈의 인쇄 회로 기판을 보여줍니다. 다중 채널 버전과 ON 저항이 다른 드라이버를 선택할 때 사용자는 3mΩ ~ 140mΩ의 드라이버를 선택할 수 있습니다. 예를 들어, ST 마이크로일렉트로닉스의 최신 기술 세대인 M07의 하이 사이드 드라이버를 선택할 수 있다 . 이 제품군은 공급 전압이 매우 낮을 때 (엔진을 시동할 때처럼) 더 낮은 임피던스 변형과 스마트 전원 장치를 안전하게 스위치 온 상태로 유지합니다.

제어할 부하 (전류, 주변 온도, 벌브 유형)에 따라 해당 드라이버가 선택됩니다. 헤드 라이트 용 H4 (2 필라멘트 전구) 및 H7 전구는 여전히 중저가 차량의 주류입니다. 이 램프는 스마트 전원 드라이버에 의해 직접 제어됩니다.

그림 3 바디 컨트롤 모듈에서 단일 및 다중 채널 장치는 전구 및 기타로드를 제어합니다.