Study, Analysis and Design of a firmware feedback loop to minimize power dissipation on LED driver linear regulator

LEDs have played a crucial role in the evolution of automotive lighting, from the simple dashboard indicators to modern adaptive or animated exterior and interior lighting systems, that require drivers capable of managing and precisely regulating the current of multiple light sources. This research project, carried out at Infineon Technologies, a leading company in the semiconductor industry, is placed within the Multi-channel Linear LED Driver framework and focuses on the design of a control algorithm that adjusts the feedback to the DCDC pre-regulator, with the aim of minimizing power dissipation dynamically adjusting the supply voltage according to the load. The research work started with the concept of the control algorithm implemented in Stateflow and its verification in Simulink. Subsequently, for further validation, the algorithm was designed in Python and tested through an FPGA prototype that emulates the LED driver’s behavior; finally, it will be integrated into the real device firmware. The opening chapters describe the architecture of the LED driver and its FPGA prototype, while the subsequent chapters focus on the design and validation of the algorithm.

I LED hanno svolto un ruolo cruciale nell’evoluzione dell’illuminazione per autoveicoli, dalle prime semplici spie luminose fino ai moderni sistemi di illuminazione esterna e interna, adattivi o animati, che richiedono dei driver LED capaci di gestire e regolare con precisione la corrente di più sorgenti luminose. Questo progetto di tesi, svolto presso Infineon Technologies, azienda leader nel settore dei semiconduttori, nell’ambito dei driver LED lineari multicanale si concentra sulla progettazione di un algoritmo di controllo che regola il feedback verso il pre-regolatore DC-DC, con l’obiettivo di minimizzare la dissipazione di potenza regolando dinamicamente la tensione di alimentazione in funzione del carico. Il lavoro è iniziato con la progettazione concettuale dell’algoritmo di controllo, implementato in Stateflow, e la sua verifica in Simulink. Successivamente, per un’ulteriore validazione, l’algoritmo è stato sviluppato in Python e testato su un prototipo su FPGA che riproduce il comportamento del driver LED; infine, verrà integrato nel firmware del dispositivo reale. I capitoli iniziali descrivono l’architettura dei driver LED e del relativo prototipo su FPGA, mentre i successivi capitoli si concentrano sulla progettazione e la validazione dell’algoritmo.