安森美半導體最新矩陣式全LED前照燈方案

近年來(lái)，憑借光效增高、能耗低、可靠性高、壽命長(cháng)、尺寸小及環(huán)保等眾多優(yōu)勢，LED在汽車(chē)內部及外部照明中的應用日漸增多，已經(jīng)從最初不那么緊要的汽車(chē)照明應用，如座艙內照明、停車(chē)燈及儀表板背光，跨越到了前照燈及組合尾燈等更寬廣應用。特別是由于尺寸小，LED能夠配合豐富的形狀和線(xiàn)條變化，有助提升車(chē)燈辨識度，被指定用于眾多中高檔車(chē)的前照燈系統，配合漂亮的外觀(guān)造型設計。圖1所示的是如今典型的汽車(chē)LED照明應用。

圖1：典型汽車(chē)LED照明應用。

汽車(chē)LED照明——不僅是漂亮，更助提升汽車(chē)主動(dòng)安全性

LED照明給汽車(chē)帶來(lái)的直觀(guān)好處，并不限于漂亮造型。根據美國全國公路交通安全管理局(NHTSA)和歐洲委員會(huì )(EC)統計，雖然只有25%的駕駛是在夜間和光線(xiàn)不足期間，但卻有40%的死亡和重傷事故發(fā)生在這段時(shí)間。故改善汽車(chē)照明，特別是夜間和光線(xiàn)不足條件下的照明，有助提升汽車(chē)主動(dòng)安全性。實(shí)際上，為了保護駕駛員/車(chē)上人員/路邊行人的安全，業(yè)界長(cháng)期致力于開(kāi)發(fā)各種汽車(chē)照明方案，如用于改善夜間轉彎時(shí)照明的自適應前照燈(AFS)方案，及用于改善日間行車(chē)安全的日間行車(chē)燈(DRL)方案。

與傳統上在汽車(chē)照明中廣泛應用的白熾燈和高強度氣體放電燈(HID)相比，LED用于汽車(chē)照明有著(zhù)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。如LED響應時(shí)間短，用于剎車(chē)燈可以增加后車(chē)的剎車(chē)距離，用于轉向燈則有更好警示效果。LED的亮度高，但又不像HID那樣刺眼，有助降低對向行駛汽車(chē)駕駛員眩目的風(fēng)險。LED燈能耗比白熾燈或HID低很多，有助降低燃油消耗，節省支出。

典型汽車(chē)照明應用LED驅動(dòng)器方案

不同汽車(chē)照明應用對LED電流的要求各不相同，故需結合具體應用要求，選擇適合的LED驅動(dòng)器方案。典型LED驅動(dòng)方案包括電阻、線(xiàn)性恒流穩流器、線(xiàn)性穩壓器及開(kāi)關(guān)穩壓器等。

其中，電阻是最簡(jiǎn)單、最低成本的LED限流方案，但能效也最低，且存在LED篩選成本及熱失控等問(wèn)題。恒流穩流器(CCR)性能高于電阻方案，但成本低于線(xiàn)性或開(kāi)關(guān)穩壓器方案，適合低電流LED照明應用。線(xiàn)性穩壓器支持多條線(xiàn)路并行配置以幫助散熱，提供達±2%的穩流精度，無(wú)電磁干擾(EMI)問(wèn)題，成本中等，但能效也較低。開(kāi)關(guān)穩壓器廣泛使用。這種方案成本更高，技術(shù)更復雜，但支持任何類(lèi)型的輸入電壓與輸出電壓關(guān)系，且根據輸入/輸出條件，能效能夠高于90%，但存在EMI問(wèn)題。

圖2：典型汽車(chē)照明應用及LED驅動(dòng)器方案

除了這些方案，安森美半導體還推出高集成LED照明管理集成電路(LMIC)。這些LMIC集成了多種LED驅動(dòng)及控制功能，相當于完整子系統，能夠承受高達125℃的環(huán)境溫度，用于汽車(chē)前照燈、組合尾燈及最新的AFS等應用。

全LED前照燈應用要求及高集成度驅動(dòng)方案

2008年，奧迪R8全球第一次采用全LED前照燈。這全LED前照燈中包含近光燈、遠光燈、轉向燈及日間行車(chē)燈等模塊，其中各含不同數量LED。根據研究及咨詢(xún)服務(wù)公司SNE Research的數據，2013年全球汽車(chē)市場(chǎng)LED前照燈的滲透率不足5%，但預計到2020年這一比例將超過(guò)50%，可見(jiàn)增長(cháng)前景十分可觀(guān)。

但全LED前照燈對驅動(dòng)方案提出更高要求，要求高能效集成驅動(dòng)器，支持從單個(gè)LED到多串LED等不同配置(電壓可高達60 V)，還要求脈寬調制(PWM)調光，如用于示廓燈。全LED前照燈還要求LED串低EMC輻射，且對散熱、診斷及通信接口等多方面提出了要求。

圖3：安森美半導體單芯片智能前照燈LED驅動(dòng)器NCV78663應用電路圖。

安森美半導體配合全LED前照燈驅動(dòng)需求，推出了NCV78663單芯片高能效智能電源鎮流器及雙LED驅動(dòng)器系統級芯片(SoC)，用于先進(jìn)的LED前照燈系統。NCV78663采用降壓-升壓拓撲結構，能夠提供高于90%的總能效，是一款高集成度方案，使設計人員能夠以單顆SoC控制遠光燈及近光燈、日間行車(chē)燈、轉向指示燈及霧燈。NCV78663極適合于驅動(dòng)大電流LED(電流可達2 A)，支持PWM調光以維持LED色溫及平均電流受控。NCV78663通過(guò)兩個(gè)內置獨立降壓開(kāi)關(guān)通道，以極少數量的外部元件，提供驅動(dòng)電壓達60 V的兩串LED的完整驅動(dòng)方案。每個(gè)通道可以根據應用要求來(lái)通過(guò)SPI接口和/或OTP設置來(lái)定制輸出電流和電壓。這器件在片上提供汽車(chē)前照燈診斷功能，還集成了升壓控制器，為設計人員提供外部元件數量有限的獨特輸入電流濾波器。NCV78663既能獨立使用，也可以與微控制器結合使用，靈活性極高。這方案源自電池的EMC較低，輻射至LED串的EMC也較低。

安森美半導體的NCV78663全LED前照燈驅動(dòng)器已經(jīng)獲得奔馳E系列的采用，每輛車(chē)在其先進(jìn)前照燈系統中使用多達6顆NCV78663，還使用多達3顆的安森美半導體NCV70522步進(jìn)電機驅動(dòng)器。

安森美半導體最新矩陣式動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈方案

近年來(lái)，市場(chǎng)上出現了矩陣式動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈，如奔馳新一代S級汽車(chē)中配備的智能型LED前照燈。此前照燈系統內包含56顆LED，每個(gè)LED能夠分別點(diǎn)亮、熄滅或是調整亮度。此燈的獨特功能如下：

• 防對向車(chē)輛炫目：LED根據前雷達和立體攝像機的數據進(jìn)行點(diǎn)亮、熄滅或者是調整亮度動(dòng)作，實(shí)現自動(dòng)調整照射范圍，保證自己視線(xiàn)的同時(shí)，避免造成對方車(chē)輛炫目。

• 繞開(kāi)前方車(chē)輛輪廓：遇到前方同方向行駛車(chē)輛時(shí)，可繞開(kāi)前車(chē)輪廓，同時(shí)完全照亮前車(chē)左側和右側區域。因此夜間行車(chē)時(shí)可一直開(kāi)啟遠光燈，大幅提升行車(chē)安全性。

• 遇行人快速閃爍：智能頭燈可以識別出前方行人，用大燈自動(dòng)快速閃爍，以提醒行人避開(kāi)危險，降低夜間意外的可能。

圖4：動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈之獨特功能示意。

這樣的矩陣式動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈可以采用串聯(lián)或并聯(lián)驅動(dòng)結構。采用并聯(lián)結構時(shí)，各顆LED在電氣特性方面的差異對照明系統的性能有顯著(zhù)影響，造成能耗增加及散熱問(wèn)題。串聯(lián)驅動(dòng)結構中，LED驅動(dòng)器提供恒流源，短路開(kāi)關(guān)可以關(guān)閉單個(gè)LED，從而能夠根據需要來(lái)改變光束。如果在串聯(lián)驅動(dòng)電路中增加伴侶芯片(像素控制器)，透過(guò)系統劃分，這樣就有可能避免并聯(lián)拓撲結構所固有的能耗及熱管理問(wèn)題。