【導讀】智能汽車(chē)照明正不斷演進(jìn)，轉向基于LED的方案，提高道路安全性，實(shí)現節能3到5倍，增強用戶(hù)體驗，且創(chuàng )新的車(chē)燈造型設計以及可靠性的提升，還不斷拓寬汽車(chē)照明的新境界。安森美(onsemi)關(guān)注汽車(chē)領(lǐng)域的趨勢發(fā)展，不斷推出創(chuàng )新的智能電源和智能感知技術(shù)，以確保道路安全，也是汽車(chē)照明領(lǐng)域的開(kāi)拓者和引領(lǐng)者。本文聚焦汽車(chē)外部照明的系統級應用和安森美相關(guān)設計的半導體方案，包括矩陣/像素燈、造型定制及車(chē)聯(lián)萬(wàn)物 (V2X)。
前照燈及SPI接口LED驅動(dòng)器模塊
前照燈包括近光燈、遠光燈、日行燈、示寬燈、轉向燈和霧燈。由于系統總功率非常大，而且集成了很多功能，需要更多的散熱，設計相對復雜，因此，一般會(huì )把前照燈的LED驅動(dòng)電路單獨做成一個(gè)模塊，有助于加快研發(fā)周期，平臺化項目管理，可靈活用于多種車(chē)輛結構和燈組造型。高級LED驅動(dòng)模塊可最優(yōu)化前大燈性能，能為單個(gè)LED燈珠或多個(gè)LED燈串供電，可編程，以實(shí)現對各類(lèi)汽車(chē)燈光的控制，最小化電能消耗，含安全診斷功能和車(chē)載網(wǎng)絡(luò )(IVN)。
安森美的LED驅動(dòng)模塊具備更高的集成度和可靠性，平臺化設計提供擴展性和靈活性，適用于各種前照燈設計，智能的功能分區有助于降低成本，還實(shí)現獨特的前向照明效果，減少碳排放，有助于電動(dòng)車(chē)增加續航。如圖1是一個(gè)前照燈系統中LED驅動(dòng)電路的框圖，這6通道LED模塊可驅動(dòng)多組LED燈串，對應遠光燈、近光燈、柱形燈、角燈、轉向燈等，含LED驅動(dòng)芯片、步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片、各種傳感器接口、電源及電源管理芯片、接口保護芯片、車(chē)聯(lián)網(wǎng)芯片SBC和單片機等，是個(gè)可自主工作的小系統。
圖1：可驅動(dòng)多組LED串的前照燈模塊
安森美的單通道LED驅動(dòng)器系統單芯片(SoC)，集成了車(chē)燈所需要的安全與控制功能，比傳統方案簡(jiǎn)化了外圍器件，優(yōu)化了電路的設計，可使設計人員快速完成產(chǎn)品設計，非常適用于設計單一功能的LED車(chē)燈。
安森美已開(kāi)發(fā)了4代SPI-LED驅動(dòng)產(chǎn)品。第2代是Boost-Buck芯片NCV78763，第3代有多通道的Buck芯片NCV78723和多相Boost芯片NCV78702、NCV78703，最高輸出電壓達60 V，是目前市面上同類(lèi)型產(chǎn)品中電壓輸出能力最高的，第3.5代是多通道同步整流Buck芯片NCV78825，驅動(dòng)電流能力可達3 A，也是目前市面上同類(lèi)型產(chǎn)品中電流驅動(dòng)能力最大的。第3代以后的產(chǎn)品適用于3組以上的LED燈串。
圖2：安森美的SPI-LED驅動(dòng)產(chǎn)品選型圖
如果采用兩顆NCV78763 ，可驅動(dòng)4個(gè)不同的LED燈串，將兩個(gè)Boost并聯(lián)，可輸出更大功率，但這只是一種簡(jiǎn)單的功率加成，對于驅動(dòng)更大功率的LED燈組，推薦采用多相交替工作的Boost芯片。在實(shí)際應用中，一顆NCV78702/NCV78703可配合多顆NCV78723，可驅動(dòng)4到12個(gè)不同功率的LED燈串，全面覆蓋遠光、近光、柱形、轉向、角燈、霧燈等功能。
在此基礎上，若再加上采用同步整流Buck技術(shù)的NCV78825，可驅動(dòng)更大功率的LED燈珠，提升系統能效，減少發(fā)熱。
Boost-Buck電源結構的優(yōu)勢
Boost作為穩定的電壓源，可保障多顆LED燈串所累加起來(lái)的壓降需求。Buck作為穩定的電流源，直接驅動(dòng)LED發(fā)光，由于電流源不受負載電壓瞬變的影響，可實(shí)現快速的開(kāi)關(guān)切換，在自適應遠光燈(ADB)矩陣/像素燈組中，有非常出色的表現。這種架構還有利于平臺化的設計，可任意搭配4到12組LED燈串，高度集成可減少外圍器件數和物料單(BOM)成本，SPI通信和診斷功能提高設計安全性。
用于矩陣/像素前照燈的像素控制器
矩陣/像素燈組是一種汽車(chē)先進(jìn)前照明系統，可增強前向的照明視覺(jué)，不僅服務(wù)于駕駛員，也適用于周?chē)慕煌ōh(huán)境如防眩光、隨動(dòng)轉向、照亮障礙物、行人規避等。光束中的單個(gè)像素可受控打開(kāi)/關(guān)閉，其中的像素是指LED陣列中的一顆LED燈珠，每個(gè)像素都有一個(gè)光束照亮的區域。光束智能照射可適配駕駛意圖和交通環(huán)境，提高安全性。模塊化設計可適配任何架構。
高級矩陣/像素燈組在多種駕駛場(chǎng)景中使前大燈功能最優(yōu)化，包括照射更長(cháng)距離，轉彎時(shí)光束可切換，同時(shí)更清晰地照亮道路中的行人和障礙物，盡量減少對向車(chē)輛產(chǎn)生的眩光，可根據需要控制單顆LED像素的開(kāi)關(guān)，且包含安全診斷和車(chē)聯(lián)網(wǎng)等功能。圖4是安森美的像素/矩陣燈組應用框圖的一個(gè)例子，由4個(gè)LED燈串組成。
圖3：像素/矩陣燈組應用框圖
在像素燈控制芯片中，集成了12個(gè)旁路開(kāi)關(guān)，每個(gè)旁路開(kāi)關(guān)都可獨立控制，我們將每3個(gè)旁路開(kāi)關(guān)設定為一組，從而形成4組連接結構，從而靈活地匹配不同的功能模塊如遠光、近光、轉向、日行、格柵、造型燈等。因為不同的LED燈板模塊的驅動(dòng)電流可能是不同的，這可擴展像素控制芯片的應用場(chǎng)景，不僅僅局限于由遠近光組成的矩陣/像素燈應用，還可實(shí)現多組開(kāi)關(guān)的并聯(lián)，使得開(kāi)關(guān)所能承受的電流成倍地增加，以驅動(dòng)更大功率的LED燈珠。
LED燈組 – 串聯(lián)型驅動(dòng) vs. 并聯(lián)型驅動(dòng)
在廣泛的車(chē)燈中，LED燈組有兩種驅動(dòng)：串聯(lián)型和并聯(lián)型。上文介紹的矩陣/像素LED燈組是串聯(lián)型結構。當LED燈珠的額定工作電流大于300 mA時(shí)，一般選擇串聯(lián)型結構，這種結構的缺點(diǎn)是壓降大。安森美的LED驅動(dòng)芯片擁有最高可升壓至60 V 的Boost控制器，Buck芯片則負責控制整個(gè)燈串穩定的電流輸出，因此安森美的采用Boost-Buck電源結構的LED驅動(dòng)是這種串聯(lián)型LED燈串的理想方案，同時(shí)安森美的像素燈控制芯片NCV78247和NCV78343也完美地匹配這種串聯(lián)型的LED燈組。NCV78247集成了12個(gè)矩陣開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)的過(guò)電流能力是1 A，含SPI接口。NCV78343也集成了12個(gè)矩陣開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)的過(guò)電流能力提升到1.4 A，含UART接口，不但可用于由遠近光組成的矩陣燈組，也適用于具有動(dòng)畫(huà)效果的轉向燈、日行燈、格柵燈、造型燈等場(chǎng)景。
當LED燈珠額定工作電流小于100 mA時(shí)，一般選擇并聯(lián)型驅動(dòng)，這種結構的LED燈串總的額定工作電流將會(huì )是所有燈串的累加，由于采用并聯(lián)結構，所以每路壓降都保持相同。因此，它不需要Boost升壓電路，在輸入端匹配一個(gè)Buck 轉換器來(lái)穩定總輸入電壓，然后采用多路線(xiàn)性恒流源來(lái)負責LED的穩定驅動(dòng)電流。安森美提供相應的NCV7685。
圖4：LED燈組 – 串聯(lián)型驅動(dòng)vs.并聯(lián)型驅動(dòng)
用于車(chē)后組合燈 (停車(chē)燈、尾燈、轉向燈、造型燈) 的LED線(xiàn)性驅動(dòng)器
這類(lèi)燈屬于信號燈，用于提醒周?chē)?chē)輛和行人，本車(chē)即將要發(fā)生的駕駛意圖，包括轉彎、剎車(chē)、駐車(chē)等，同時(shí)車(chē)身上的各種造型也可作為汽車(chē)身份的一種標識，工作電流一般小于100 mA。車(chē)后組合燈有這些高階功能：增強型停車(chē)燈、尾燈、轉向燈是動(dòng)態(tài)的分段式燈光信號，創(chuàng )新的車(chē)燈造型可實(shí)現以光束打造品牌、迎賓、動(dòng)畫(huà)等效果，可驅動(dòng)單串、多串LED燈珠，更高能效，更少損耗，并含安全診斷功能。安森美提供單通道和多通道LED線(xiàn)性驅動(dòng)器，如圖6所示，單通道預驅動(dòng)芯片有NCV7691/92，多通道預驅動(dòng)芯片有NCV7693，多通道直接驅動(dòng)芯片有專(zhuān)用于剎車(chē)、停車(chē)的NCV7683，以及帶I2C接口的NCV7685。
圖5：安森美的LED線(xiàn)性驅動(dòng)器
NCV7692和NCV7693是恒流控制器，通過(guò)PWM控制信號驅動(dòng)外置的NPN三極管，提供穩定的線(xiàn)性電流。因為NCV7693可控制3路LED燈串，所以可組合成動(dòng)態(tài)的開(kāi)關(guān)效果。NCV7683和NCV7685是8通道線(xiàn)性電流源，集成功率開(kāi)關(guān)，每個(gè)通道的電流驅動(dòng)能力分別是100 mA和60 mA。NCV7685有兩種工作模式：標準模式下，通過(guò)外圍電路設置芯片的各項參數，無(wú)需單片機介入，但只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)操作；I2C模式下，單片機通過(guò)I2C接口配置芯片的各項參數，可實(shí)現多樣的LED燈串動(dòng)畫(huà)效果。
LED恒流調節器
這是在簡(jiǎn)單車(chē)燈應用中的高性?xún)r(jià)比方案，設計人員可根據下表的關(guān)鍵參數為應用匹配最適合的器件。這些LED恒流調節器在寬電壓范圍內提供恒定的電流，從而實(shí)現恒定的亮度。高溫條件下，負溫系數可保護LED。
表：LED恒流調節器選型
總結
汽車(chē)外部照明為進(jìn)一步提升用戶(hù)體驗和安全開(kāi)辟了道路，品牌等效和造型日益多樣的選擇，及可靠性的提升，都在不斷拓寬汽車(chē)外部照明的新境界。安森美針對前照燈、矩陣/像素燈、車(chē)后組合燈都提供相應的半導體方案，具備高能效、高集成度、高可靠性，且平臺化設計實(shí)現擴展性和靈活性，助力設計人員創(chuàng )新并簡(jiǎn)化和加快開(kāi)發(fā)。安森美的智能電源配以智能感知技術(shù)，為提升道路安全鋪平道路。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
