DEL : un éclairage révolutionnaire pour les phares de voitures

Les voitures modernes ne peuvent plus se passer des DEL pour leurs phares. Depuis 2011-2012, la Commission européenne impose la présence de feux de circulation diurnes (DRL, "Daytime Running Lights") lors de toute approbation de prototypes pour les voitures de particuliers ou véhicules utilitaires vendus en Europe. Ceux-ci sont presque exclusivement réalisés à base de DEL. En effet, les feux diurnes étant allumés en permanence, les avantages des DEL en termes de durée de vie et de faible consommation y sont pleinement exploités.

Leur coût élevé limite par contre leur utilisation pour d'autres fonctions d'éclairage, notamment les feux de croisement et feux de route, mais on peut s'attendre à une augmentation de la part de véhicules équipés de phares entièrement à DEL. En plus des considérations purement esthétiques liées à la liberté de conception que permettent les DEL, cette évolution technologique permettra l'introduction de systèmes d'éclairage adaptatifs plus performants, les systèmes AFS (Adaptive Frontlight Systems).

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un éventail de nouvelles opportunités pour les systèmes d'éclairage adaptatifs à base de DEL

L'utilisation de DEL dans les véhicules implique la présence de systèmes de contrôle et de commandes électroniques qui à terme conduiront à des changements radicaux dans l'architecture de leur système interne.

À l'heure actuelle, les véhicules équipés d'un éclairage à DEL ont souvent un ancien modèle de module de commande électronique des accessoires (body ECU, Electronic Control Unit). L'électronique de l’alimentation pour DEL dans les phares doit donc être adaptée aux conditions de l'architecture existante. Elle peut par exemple être nécessaire de générer un courant de charge additionnel. Autrement, la consommation électrique sensiblement inférieure des DEL pourrait ne pas respecter les seuils de diagnostic du module de commande, prévus pour des lampes à incandescence. Et l’alimentation pour DEL doit elle-même adapter ses paramètres de régulation au lot des DEL et à leur température de fonctionnement pour éviter tout décalage de couleur entre les phares, et aux autres fonctions d'éclairage.

L'architecture future est représentée par un module de commande des accessoires conçu pour des phares à DEL et communiquant avec le module de commande d'éclairage (LCU, Light Control Unit). Par souci de simplicité, seules deux fonctions d'éclairage sont représentées. C'est le LCU qui effectue le diagnostic des DEL. Il n'y a pas d'alimentation sur contact reliée au phare, qui dispose à la place de son propre branchement au système électrique 12V du véhicule. L'utilisation d'un microcontrôleur apporte beaucoup plus de flexibilité pour le contrôle des DEL en fonction du lot et de la température.

Comme mentionné plus haut, c'est un éventail de nouvelles opportunités et fonctionnalités qui apparaît pour les systèmes d'éclairage adaptatifs à base de DEL. En plus des fonctions d'éclairage standard comme les feux de gabarit, de route, de croisement et les clignotants, des fonctions nouvelles deviennent disponibles : feux de virage, feux pour autoroute, feux de route non éblouissants (éclairage matriciel)... En outre, les systèmes d'aide à la conduite (ADAS, Advanced Driver Assistance Systems) disposent de fonctions additionnelles comme des faisceaux infrarouges pour les systèmes de vision nocturne.

Topologies d’alimentation pour DEL

En général, dans les phares à base de DEL, chaque fonction d'éclairage utilise plusieurs DEL. Celles-ci peuvent être organisées par longues chaînes en série ou par chaînes plus courtes utilisées en parallèle. L'éclairage normal nécessitant une forte consommation et des tensions élevées, une alimentation à découpage est nécessaire pour minimiser les pertes qui s'y produisent.

Un abaisseur de tension (convertisseur buck) constitue la meilleure topologie lorsque la tension directe de la chaîne de DEL est en permanence plus faible que la tension minimale du système électrique du véhicule. Si de très longues chaînes de DEL sont utilisées, un élévateur de tension (convertisseur boost) peut être utilisé à la place. Dans tous les autres cas, la tension directe de la chaîne de DEL peut être plus forte ou plus faible que celle du système électrique, ce qui impose le recours à des topologies capables d'opérer en mode buck ou boost (boost-to-battery, buck-boost, SEPIC, flyback).

Il faut aussi déterminer l'endroit où le courant sera mesuré pour la fonction de contrôle. Dans la plupart des cas, les DEL ne seront pas montées sur le PCB. Il sera donc préférable de fournir une connexion à la masse pour le côté cathode de chaînes de DEL multiples, ce qui permet de supprimer un grand nombre de fils reliés au circuit imprimé. De plus, avec cette configuration, un court-circuit vers la masse au côté anode d'une chaîne de DEL est beaucoup plus facilement maîtrisable.

D'autres options sont disponibles pour l'architecture générale du circuit d’alimentation. Par exemple, le phare peut utiliser une alimentation directe (single-stage) ou à deux étages (two-stage). Avec la version directe, il n'y a qu'une étape de contrôle à découpage entre la tension d'entrée et la chaîne de DEL. Chaque chaîne de DEL peut donc être opérée avec la topologie de contrôleur optimale pour une application donnée. Cette solution est préférable en terme de rendement global.

Une approche différente à deux étapes est possible. En augmentant la tension du système électrique dans un premier temps, il devient possible d'utiliser une topologie buck unique pour toutes les fonctions d'éclairage. On peut donc utiliser une architecture modulaire employant des convertisseurs buck identiques pour des chaînes de DEL diverses. Cela permet aussi un usage plus universel du LCU.

Une gamme étendue d’alimentation pour DEL standards est d'ores et déjà disponible pour les variantes et les options mentionnées ci-dessus. Certains de ces alimentations sont construits au moyen de convertisseurs avec des transistors de puissance intégrés, et d'autres avec des contrôleurs fournissant des pilotes intégrés pour des transistors de puissance externes. En plus des alimentations à découpage, une sélection d’alimentations linéaires est disponible pour les fonctions d'éclairage à faible courant, notamment les éclairages intérieurs ou les feux arrière.

Michael Weitz, ingénieur système EMEA – ASSP, Texas Instruments

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