LED 제어를 통해 주간 운행 램프의 이점 극대화

현재 유럽에서는 자동차용 주간 운행 램프가 법제화되었으며 2011년 2월부터 제조되는 신차와 2012년 8월부터 제조되는 상용 차량의 경우 주간 운행 램프 사용이 필수가 되었습니다. 비록 지금은 법률상의 이유로 차량에 통합되어야 하지만, 주간 운행 램프는 승용차 및 승합차 설계자가 다양한 측면의 주행 경험과 자체 브랜드 이미지를 향상시킬 수 있는 많은 기회를 제공합니다.

이처럼 발전된 기능의 핵심은 LED(발광 다이오드)가 무접점 기술로 전환된 것입니다. 핵심 프로세스의 양자 효율성이 향상된 덕분에 이제는 자동차에 사용할 수 있을 정도로 신뢰성이 우수한 고휘도 LED를 쉽게 구할 수 있습니다.

LED 기반 램프는 기존의 백열 전구보다 에너지 효율이 훨씬 높습니다. 일부 예측 자료에 따르면, 일반적인 차량에서 전력 소비가 낮은 LED를 주간 운행에 사용할 경우 기존 전구를 사용하는 경우보다 1,000km당 2리터의 석유를 절약할 수 있다고 합니다. 플러그인 하이브리드 및 전기 차량의 유효 운행 범위도 향상됩니다.

주간 운행에 LED 기반 옵션을 사용하는 경우의 또 다른 장점은 부품의 신뢰성이 훨씬 높다는 것입니다. LED는 유효 사용 수명이 10년 이상으로 매우 길어 차량의 수명이 지속되는 동안 교체할 필요가 거의 없습니다. 따라서 백열 전구를 사용하는 경우와 달리 교체를 위한 접근 편의성을 생각할 필요가 없어 제조업체에서 스타일과 설계를 더욱 자유롭게 정할 수 있습니다.

또한 LED는 전구보다 작은 공간을 차지하기 때문에 주간 운행 램프를 설치할 수 있는 위치도 다양합니다. 이 모든 장점은 차량 제조업체의 브랜드 이미지에 상당한 도움이 됩니다. 예를 들어, 디자이너는 LED 스트링을 제조업체 로고 모양을 만드는 데 사용하거나 차량의 윤곽을 따라 보기 좋은 모양으로 배치할 수도 있습니다.

그림 1: LED 기반의 주간 운행 조명으로 독특한 스타일링 옵션을 사용할 수 있습니다.

주간 운행용 LED는 운전 조건의 변화에 맞게 조절할 수 있으며, 안개가 낀 경우에 출력을 높이거나, 램프를 주차등으로 사용할 경우에 밝기를 줄이는 것도 가능합니다. 따라서 LED 스트링의 조광을 효율적으로 제어하는 것은 전력 컨트롤러의 핵심 요구 사항입니다. 그러나 그 외에도 요구 사항은 많습니다.

자동차 환경에는 주간 및 야간 운행에 사용할 LED 기반 헤드램프의 설계를 다양하게 활용할 여지가 충분합니다. 이러한 설계에서 사용되는 부품을 개발하고 AECQ100 및 TS16949와 같은 산업 표준을 따르게 하는 데에는 명확한 요구 사항이 있습니다. 소비자 가전용 응용 분야에 요구되는 것보다 훨씬 넓은 온도 범위에서 작동할 수 있어야 하며, 운전에 필수적인 부품의 경우는 최대 +125°C까지도 고려해야 합니다. 전자 제어 장치가 앞쪽에 있으므로 전자파 장해가 적은 점도 중요합니다.

LED 전원 및 제어 회로에는 특정한 전기 관련 요구 사항이 적용됩니다. 일반적인 자동차 운행 상황에서도 공급 전압 범위는 9V~16V입니다. 이 정도면 한대 기후에서 열대 기후에 이르는 광범위한 온도 조건에서 주행하는 동안 배터리를 충전하기에 충분합니다. 그러나 실제 전압은 이러한 범위를 쉽게 벗어날 수 있습니다.

입력 전압은 배터리를 반대로 잘못 연결한 경우부터 점프 스타트 상황에서 12V 배터리 전압의 2배, 케이블이 약간 느슨해져 배터리와 교류 전원의 연결이 끊어진 경우와 같은 부하 덤핑 장애에 이르기까지 다양합니다. 이 경우 교류 전원에서 연결되지 않은 배터리의 충전을 시도할 때 일시적으로 전압 스파이크가 발생할 수 있습니다.

중앙의 부하 덤프 클램핑 회로에서도 부품은 최대 60V의 입력 전압을 처리할 수 있어야 합니다. 차량의 전기 시스템에 보호 메커니즘이 구성된 경우도 많지만, 과전압, 전압 부족, 과전류, 단락 및 온도 초과와 같은 상황에서 회로를 보호할 필요도 있습니다.

이러한 장애 조건 외에도 엔진 스톱앤스타트 시스템의 도입으로 에너지 효율이 높은 설계의 중요성이 커지면서 더 넓은 작동 전압 범위에 주의를 기울여야 하게 되었습니다. 차량이 정지 위치에서 떠날 준비가 된 상태로 다시 시동하면 엔진에서 사용하는 다량의 전류 때문에 배터리 전압이 9V 미만으로 내려갈 수 있으며, 심한 경우에는 6V까지 떨어지기도 합니다. LED 드라이버에서 어려운 점은 30V 이상의 전압 스파이크가 발생하는 경우에도 LED에서 나오는 빛에 변화가 없도록 출력 전압과 LED 전류를 잘 조정하는 것입니다.

단일 조정기 토폴로지는 LED 컨트롤러로 처리해야 하는 넓은 범위를 감당하기에 충분하지 않습니다. 대부분의 경우 회로는 부스트 조정기의 역할을 하며 긴 LED 스트링에 필요한 높은 전압을 제공해야 하지만, 공급 전압이 올라가면 일시적으로 벅 동작으로 전환하여 공급된 것보다 낮은 전압을 생성해야 합니다. 저전압 LED 체인에서는 벅 구성이 필요합니다. 자동차 설계자가 다양한 레이아웃 구성에 따라 다른 LED 컨트롤러로 작업할 필요가 없게 하려면 Diodes의 ZXLD1371을 사용하여 벅, 부스트 또는 벅 부스트 모드에서 모두 작동하도록 하면 됩니다. 벅 부스트 모드를 사용하면 LED 스트링을 작동하는 데 필요한 전압 부근에서 진동하는 전원의 변화에 효과적으로 대응할 수 있습니다. 스위칭 주파수 400kHz로 효율성이 높은 전압 조정 기능을 제공할 수 있습니다.

그림 2: ZXLD1371 LED 드라이버 컨트롤러의 기능별 제품 구성도

감지 저항기와 같은 지원 부품의 배열을 변경하면 컨트롤러가 여러 전력 제어 모드 사이를 전환합니다. 설계를 돕기 위해 준비된 Diodes 웹 사이트의 계산기 애플리케이션을 사용하면 완전 자동으로 부품을 선택하여 개발 및 시제품 제작을 가속화할 수 있습니다.

이 장치에서는 수정된 히스테리시스 제어 알고리즘을 사용하여 세 가지 모드 중 어느 경우에도 높은 전류 정확도를 제공합니다. 전류 정확도는 LED가 일정한 색상으로 보이게 하고 전원과 LED 배열이 변경되어도 출력 수준을 일정하게 유지하려는 경우에 매우 중요합니다. 차이를 5% 이내로 유지하도록 설계되어 있으므로 차량 전면의 전조등 배열 두 개 이상에서 탁월한 시각적 일치 수준을 달성할 수 있습니다. 펄스 폭 변조(PWM)에 대한 온보드 지원을 이용하면 1000:1 비율로 LED 스트링의 밝기를 제어하며, 운전 가시성이 악화된 경우에 고출력을 지원하고 주차 지원 시에는 밝기를 매우 낮은 수준으로 줄일 수 있습니다.

5V ~ 60V의 공급 범위에서 작동할 수 있는 ZXLD1371은 부하 덤핑과 같은 조건을 포함한 모든 배터리 및 교류 전원 전압 지원 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 컨트롤러는 최대 +125°C에서 작동하며 LED 스트링의 열 차단 루프가 포함되어 있어 고온에서 과도한 전류 스트레스를 받지 않습니다.

통합된 장애 보고 기능을 통해서는 차량 전자 장치의 나머지 부분과 효율적인 통합이 가능합니다. 장애 진단에는 두 개의 핀이 사용됩니다. 플래그 핀은 장애 신호를 보냅니다. 다른 핀은 다중 수준 상태 핀으로, 장애의 성질과 관련된 온도 초과 등의 정보를 추가로 제공합니다.

이와 같은 통합 LED 컨트롤러를 사용할 수 있으면 차량 설계 전체에 필요한 재고 조건을 줄일 뿐만 아니라, 온보드 부품의 수도 줄여 주므로 보드 공간을 절약하고 제조를 간소화할 수 있습니다. AECQ100 및 TS16949 표준에 의해 승인된 ZXLD1371은 새로운 자동차 설계에 쉽게 통합되어 제조업체에 LED 기반 주간 운행 램프의 이점을 제공할 수 있습니다.