PWM 엔진통합 IC...비용 효율 리어 콤비네이션 램프 구현
2022년 05월호 지면기사  /  마칸타시 바실리키(Makantasi Vasiliki), 애플리케이션 엔지니어, 인피니언 테크놀로지스(Infineon Technologies) / 볼커 타그루버(Volker Taggruber), 차량 LED 드라이버 제품 마케팅 책임자, 인피니언 테크놀로지스(Infineon Technologies)

"자동차의 후방 조명은 브랜드 인지도를 위한 핵심 차별화 요소로, 수려한 디자인이 매우 중요한 요구사항이 되었다."


디자인이 중심이 된 자동차의 후방 조명은 내부에 사용된 전자 모듈을 위한 공간에 많은 제약이 따르게 된다. 그러므로 전자 모듈의 크기와 비용을 최적화하는 것이 무엇보다 필요한 요소이다. 오늘날에는 공간 활용을 극대화하면서 시스템 비용을 낮추기 위해 후방 조명 디자인의 정지등과 미등을 결합하는 것이 일반적이다. 

리어 콤비네이션 램프

자동차 후방 조명은 안전을 위해서 중요한 역할을 한다. 후방 조명 기능을 사용해 운전자가 속도나 방향을 변경하고자 하는 자신의 의도를 알릴 수 있다. 후방 램프는 공간이 제한적이므로 동일한 회로에 몇 가지 추가 부품만을 사용해 여러 기능을 구현하는 것이 일반적이다. 리어 콤비네이션 램프(Rear Combination Lamp, RCL)이 바로 그러한 예이다. 

RCL은 미등(포지션등)과 정지등(브레이크등)으로 이루어진다. 두 기능을 동일한 LED를 사용해서 조명 밝기만 다르게 하여 구현할 수 있다. 통상적으로 미등이 정지등보다 조명 밝기가 약하다(예를 들어 ~10%). PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 활용한 하나의 동일 회로로 두 개의 서로 다른 기능을 위해 조명 밝기를 다르게 구현할 수 있다.

자동차마다 원하는 디자인이 다를 수 있으므로, RCL도 그에 따라서 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다. 인피니언의 LITIX™ Basic+ TLD2252-2EP는 유연한 PWM 엔진을 통합함으로써 RCL을 구현하기 위한 손쉽고 경제적인 솔루션을 제공한다. 

유연한 PWM 엔진

TLD2252-2EP의 PWM 엔진 동작 원리는 PWMI 핀으로 연결된 커패시터 CPWMI를 주기적으로 충방전하는 것이다(그림 1).
 


그림 1| TLD2252-2EP의 PWM 유닛 다이어그램(왼쪽)과 동작 전압 및 타이밍(오른쪽)


CPWMI 커패시터를 정밀한 정전류로 충전과 방전을 반복한다. PWM_SET 핀과 PWM_RST 핀으로 연결된 2개 저항에 의해서 IPWM_SETIPWM_RST이 설정된다. PWM_SET 핀과 PWM_RST 핀으로 흐르는 전류가 PWMI 핀으로 공급되어 커패시터 CPWMI를 1.7V에서 2.7V로 1V 진폭으로 충전 및 방전한다(그림 1).

PWM_SET 핀과 PWM_RST 핀은 1.22V의 고정된 기준 전압(reference voltage)으로서, 각각 RPWM_SETRPWM_RST 저항을 사용해서 2개의 기준 전류 IPWM_SETIPWM_RST를 발생시킨다.

TLD2252-2EP의 또 다른 특징은, PWM 엔진이 출력 제어와 분리되었다는 것이다(그림 1). 그러므로 2개 채널을 각기 개별적으로 PWM 엔진으로 동기화할 수 있다는 점에서 설계 유연성을 높였다. PWMO 핀을 사용해서 2개 출력 채널을 외부적으로 동기화할 수 있다. 혹은 필요에 따라서 PWM 유닛이 한 채널만 동기화할 수 있다. PWM 유닛은 범용 타이머 엔진으로 활용되어 다른 외부 회로를 구동하거나 또 다른 LITIX™ Basic/LITIX™ Basic+ 디바이스를 구동할 수도 있다(그림 3).

출력 채널을 동기화하기 위해서는 추가적인 피드백 회로가 필요하다. PWMO 핀의 신호를 IN_SET 핀으로 공급하므로 IN_SET 전류를 활성화/비활성화하는 데 사용된다. PWM Off 시간 동안 IN_SET의 전류는 0이 되고, PWM On 시간 동안 IN_SET의 전류는 RSET으로 정의된다. 피드백 회로는 다이오드와 저항을 사용하거나(그림 2) 또는 PWMO 신호로 여러 개의 드라이버를 구동하는 경우에 NPN과 저항을 사용할 수도 있다.

TLD2252-2EP를 사용한 RCL 구현

자동차 OEM마다 디자인이 다르므로 후방 조명의 요구 사양 또한 다양하다. 이러한 다양한 요구 사양을 충족하기 위해 RCL도 여러가지 다른 방법으로 구현될 수 있다. 

앞서 설명한 것같이, 차량에서 많은 경우에 미등과 정지등이 LED를 공유하고 있다. 두 기능 사이에 조명 밝기를 다르게 하면서도 구현에 필요로 하는 부품 수를 최소화해야 한다. TLD2252-2EP는 외부적으로 필요로 하는 부품 수를 최소화하면서 정확한 PWM 엔진을 사용하므로 필요로 하는 두 가지 조명 밝기를 달성할 수 있다.

RCL 모듈로 미등과 정지등 기능에 6개 LED를 사용한다고 하자. 미등 기능의 조명 밝기는 10mA이고, 정지등의 조명 밝기는 50mA이다. TLD2252-2EP는 두 가지 다른 조명 밝기를 구현하기 위해 내부에 있는 PWM 엔진을 사용함으로 최적의 경제적인 솔루션을 제공한다(그림 2).


그림 2 | TLD2252-2EP를 사용한 RCL 모듈 구현. PWM 신호가 양쪽 출력 채널과 동기화한다.

2개 저항 RSET1RSET2가 각기 OUT1 채널과 OUT2 채널로 정지등 동작에 필요한 50mA를 설정한다. 미등 동작을 위해서는 저항 RPWM_SETRPWM_RST, 커패시터 CPWMI를 통해 20% 듀티 사이클의 PWM 엔진을 사용한다. PWMO 핀을 통해서 2개 출력 채널을 동기화해서 원하는 조명 밝기를 달성한다. 정지등 동작일 때는 트랜지스터 T1이 PWMI 핀을 GND로 풀링하고 PWM 엔진을 정지시켜서 최대 조명 밝기로 구동한다. 

하지만 자동차 OEM에 따라서 LED 파티셔닝과 조명 밝기가 다를 수 있다. 심지어 두 개의 채널 중 하나의 채널에서만 조명 밝기가 다를 수 있다. TLD2252-2EP는 각 채널을 개별적으로 PWM 신호로 동기화할 수 있으므로 원하는 기능을 유연하게 구현할 수 있다.

이번에는 6개 LED 중에서 3개만 100mA의 정지등으로 사용하고, 모든 6개 LED를 10mA의 미등으로 사용한다고 해보자(그림2).

RSET1은 OUT1을 10mA로 설정하고(앞의 예와 동일), RSET2는 OUT2를 100mA로 설정한다. 이 경우에는 PWM 엔진이 10% 듀티 사이클로 OUT2로만 동기화한다. 그림 2에서 PWMO 신호를 IN_SET2로만 피드백하므로 D1과 RPWMO1은 필요 없게 된다. 미등 동작일 때 OUT2만 PWM 신호로 구동해서 모든 6개 LED가 동일한 조명 밝기가 된다. 정지등 동작일 때는 PWM 엔진이 정지되고(트랜지스터 T1이 PWMI 핀을 GND로 풀링) OUT2의 LED들이 100mA의 최대 세기로 구동된다. 

TLD2252-2EP의 또 다른 장점은 PWM 신호를 사용해서 또 다른 LITIX™ Basic+ 디바이스를 구동할 수 있다는 것이다(그림 3).
 
그림 3 | TLD2252-2EP의 PWM 신호를 사용해서 또 다른 LITIX™ Basic+ 디바이스를 구동할 수 있다.
 

이 예는 9개 LED를 사용해서 RCL 모듈을 구현하고 있다. 미등 동작일 때는 모든 LED를 50mA 전류로 구동하고, 정지등 동작일 때는 3개 LED만 200mA 전류로 구동한다. TLD2252-2EP와 TLD2132-1EP를 결합적으로 사용해서 이 모듈을 구현할 수 있다. 각기 출력 채널이 3개 LED로 이루어진 하나의 스트링을 구동한다.
RSET1RSET2 저항이 각각 OUT1과 OUT2의 출력 전류를 50mA로 설정한다. RSET 저항은 TLD2132-1EP OUT의 출력 전류를 200mA로 설정한다. TLD2252-2EP PWM 엔진은 25% 듀티 사이클로 구성되었다. PWMO 핀이 TLD2132-1EP와 동기화한다. 미등 동작일 때 TLD2132-1EP의 OUT 채널만 PWM 신호로 구동한다. TLD2252-2EP 채널들은 PWM 신호와 동기화하지 않는다.

유연한 PWM 엔진 이외에도 TLD2252-2EP는 설계를 수월하게 하는 또 다른 특징이 있다. 각기 출력 채널을 각기 인에이블(Enable) 핀을 사용해서 개별적으로 작동할 수 있다는 것이다. 이 점이 각 채널을 다른 LED 기능으로 사용할 수 있다는 측면에서 설계 유연성을 더욱 높이는 효과가 있다. 결과적으로 후방 조명 모듈로 부품 수를 추가적으로 줄여 전반적인 PCB 공간을 최소화한다. 

미등과 정지등 기능으로 각기 전용 LED를 사용하는 간단한 예로써 두 채널을 각기 개별적으로 작동하는 것의 이점을 확인할 수 있다. 각기 기능이 3개 LED를 사용한다. 하나의 TLD2252-2EP를 사용해서 두 기능을 구현할 수 있으므로 필요한 BOM (bill of materials)을 최소화할 수 있다(그림 4).
 
그림 4 | TLD2252-2EP는 각기 채널을 개별적으로 구동할 수 있으므로 하나의 TLD2252-2EP를 사용해서 두 가지 기능을 구현하므로 필요한 BOM을 최소화할 수 있다.

맺음말

TLD2252-2EP는 자동차 후방 조명에 대한 다양한 요구를 충족할 수 있다. 유연한 PWM 엔진을 사용해서 각기 디자인에 적합한 후방 조명 모듈을 손쉽게 구현할 수 있다. TLD2252-2EP의 각기 채널을 개별적으로 구동할 수 있으므로 이들 채널로 각기 별도의 램프 기능을 구현하거나 또는 RCL 같은 결합적인 기능을 구현할 수 있다. TLD2252-2EP를 사용함으로써 후방 조명을 구현하기 위한 설계 작업과 비용을 최소화할 수 있다.
 


마칸타시 바실리키(Makantasi Vasiliki)는 인피니언 테크놀로지스의 애플리케이션 엔지니어로서 차량 후방 조명 애플리케이션용 LED 드라이버를 맡고 있다. 그리스 피레우스 대학에서 전자공학 및 임베디드 컴퓨팅 시스템 공학을 전공했다.


볼커 타그루버(Volker Taggruber)는 인피니언 테크놀로지스의 차량 LED 드라이버 제품 마케팅 책임자로서 LITIX™ 제품을 책임지고 있다. 레겐스부르크 대학과 일리노이 대학(어배너 섐페인 캠퍼스)에서 물리학을 전공했다.



AEM_Automotive Electronics Magazine


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