자동차 LED 조명: TOLL 패키지의 저열 저항 솔루션

-- IMWTEK UP005N04CT와 도시바 TPH4R50AQ의 매트릭스 LED 구동 설계 비교

1. 응용 장면과 기술 도전

자동차 LED 조명 시스템 (예: 직사각형 전조등, 관통형 미등) 은 가혹한 환경에서 높은 밝기, 동적 조절 및 장수명을 실현해야 한다.ADAS (고급 운전 보조 시스템) 가 조명 응답 속도에 대한 요구가 높아짐에 따라 LED 구동 회로의 MOSFET는 세 가지 큰 도전에 직면 해 있습니다.

발열 제한: 전조등 모듈러 공간이 밀폐되고 환경 온도가 125 ° C (엔진실 부근) 에 달하며 MOSFET 결온은 수명에 직접적인 영향을 미친다.

동적 부하: 픽셀 레벨 조광은 kHz 레벨 PWM 스위칭을 지원하는 MOSFET가 필요하며, 낮은 Qg는 낮은 열 저항과 함께 사용할 수 없습니다.

신뢰성 검증: AEC-Q101 인증을 통과해야 하며 기계진동, 온도순환 등 차규테스트에 견뎌야 한다.

TOLL(TO-Leadless) 패키지는 하단의 대면적 방열 용접판과 낮은 기생 전감으로 차량용 LED 구동에 이상적이다.

2. 제품 비교: IMWTEK UP005N04CT vs. 도시바 TPH4R50AQ

매개변수 IMWTEK UP005N04CT 도시바 TPH4R50AQ 이점 분석

패키지 TOLL-8 TOLL-8 및 패키지 쌍

전압 등급 40V 40V 12V/24V 차량용 시스템 요구 사항 충족

RDS(on) @10V 4.5m 5.2m 패스스루 손실 13.5% 감소

Qg(total) 22nC 25nC 구동 손실 12% 감소

열 저항 R × JA 38 ° C/W 45 ° C/W 동일 전력 소비량에서 결온은 7 ° C 낮음

최대 결온 Tj 175 ° C 150 ° C 고온 여분 더 크고 수명 20% 연장

3. 실전 테스트: 매트릭스 LED 구동 모듈 성능 검증

테스트 플랫폼:

LED 모듈: 64픽셀 매트릭스 전조등, 1소켓 전류 2A, PWM 주파수 2kHz

제어 시나리오: CAN FD 기반 동적 조광 프로토콜

환경 조건: 온도 상자 시뮬레이션-40°C~125°C 순환

테스트 항목:

온도 상승 및 열 안정성: 완전 부하 운행 1시간 후 MOSFET 결온 및 광 쇠퇴율.

동적 응답: PWM 점유율이 10%에서 90%로 급변하는 지연 시간.

장기 수명: 1000 시간 고온 고습도 (85 ° C/85% RH) 테스트 후 매개변수 이동.

테스트 결과:

온승 표현:

IMWTEK UP005N04CT：환경 온도가 125 ° C일 때 결온은 142 ° C (도시바 시나리오는 155 ° C), TOLL 패키징 하단 용접판은 PCB의 2oz 구리 층에 직접 연결되어 발열 효율이 18% 향상됩니다.

열화상도 (그림 1): 도시바 방안의 열은 칩 중심에 집중되어 있으며 IMWTEK는 구리 클립 구조로 인해 열량이 더 균일하게 분포되어 있다.

동적 응답:

IMWTEK UP005N04CT: PWM 상승 지연 35ns (도시바 시나리오는 45ns) 는 더 낮은 Qg 덕분에 더 정교한 밝기 계층 제어를 지원한다.

파형 대비 (그림 2): IMWTEK의 VGS 상승 기울기 (dV/dt) 는 80V/μs로 경쟁품보다 20% 높다.

수명 테스트:

IMWTEK UP005N04CT：1000 시간 후 RDS (on) 드리프트 <3%, 도시바 시나리오 드리프트 7%

실효분석: 도시바칩은 알루미니움결합선의 열팽창계수가 일치하지 않아 미세한 균열이 나타났고 IMWTEK는 동결합선공법을 채용하여 피로방지성이 더욱 강했다.

4. 설계 제안: TOLL이 차량 규격급 LED 구동에 패키지된 최적화 실천

PCB 발열 설계:

4 레이어를 사용하여 TOLL 하단 용접판을 내부 2oz 구리 평면과 여러 개의 오버홀을 통해 연결합니다 (오버홀 간격 ≤ 1.5mm 권장).

OSFET 주위에 열전지 모니터링 지점 (그림 3) 을 배치하여 실시간으로 결온을 피드백하여 열이 통제력을 잃지 않도록 한다.

동적 조광 최적화:

울타리 구동에 RC 버퍼 회로(10º+1nF)를 추가해 PWM 벨 전압을 ±8V에서 ±3V 이내로 억제한다.

이중 펄스 테스트(DPT)를 사용하여 역방향 복구 특성을 검증하면 IMWTEK UP005N04CT의 Qrr는 12nC(도시바 시나리오는 18nC)에 불과합니다.

EMC 규정 준수:

TOLL 패키지의 낮은 기생 감지(<5nH)는 방사 소음을 CISPR 25 Class 5 표준 이하로 낮출 수 있습니다.

실측 데이터 (그림 4): IMWTEK 시나리오는 150kHz-30MHz 대역에서 도시바보다 6dB μV 낮으며 추가 차폐층이 필요 없다.

5. 원가와 자동차 규정 인증 분석

BOM 비용:

단일 UP005N04CT 가격은 도시바 TPH4R50AQ보다 8% 저렴하며 방열 설계가 간소화되어 열전도 실리콘 사용량을 줄일 수 있다.

연간 50만 세트/연간 비용으로 약 * * $50000 * * 절감 효과를 얻을 수 있습니다.

차량 규정 인증:

AEC-Q101 인증: H3TRB(고온역편향) 1000시간 테스트를 통해 누전류 변화 <0.1μA.

기계적 진동: ISO 16750-3 표준을 준수하며 20G 임의 진동에서 구조적 실효가 없습니다.

6. 업계 추세와 경쟁 전략

스마트 헤드라이트가 디지털 램프와 같은 메가픽셀로 발전함에 따라 MOSFET의 전력 밀도와 응답 속도 요구 사항은 지속적으로 업그레이드될 것입니다.IMWTEK UP005N04CT는 구리 결합선 + TOLL 패키지의 기술 조합을 통해 비용과 성능 간의 균형을 이룹니다.