汽車(chē)外部照明LED控制系統進(jìn)展

汽車(chē)照明市場(chǎng)繼續強勢成長(cháng)，分析師Yole預測到2024年市場(chǎng)規模將達到388億美元。在過(guò)去幾年里，LED在這個(gè)市場(chǎng)中的比重越來(lái)越大，LED車(chē)外燈已成為我們道路上熟悉的景象。

與白熾燈泡相比，LED的壽命更長(cháng)、更節省空間、成本和電力，還替復雜和客制化的照明系統帶來(lái)了新的機會(huì )。有一種趨勢是對LED進(jìn)行更復雜的控制，而不僅僅是切換開(kāi)關(guān)而已；舉例來(lái)說(shuō)，藉由在方向燈中加入動(dòng)畫(huà)來(lái)提高安全性，以及根據場(chǎng)景的變化，改變LED的亮度。

除了LED本身，汽車(chē)還需要合適的電子組件來(lái)驅動(dòng)和控制LED。這些組件必須可靠、小巧、有效率，而且能夠提供像是調光和故障偵測等特殊功能。

雖然過(guò)去驅動(dòng)LED通常使用分離組件，但現今已轉向使用整合式驅動(dòng)器。讓我們審視這些零件的要求，以及它們?yōu)槠?chē)設計人員提供的功能。


 
圖一 : 汽車(chē)LED產(chǎn)品應用

控制LED
為了產(chǎn)生所需的光，LED驅動(dòng)器需要在LED的陽(yáng)極和陰極之間施加一個(gè)達到最小閾值電壓 (稱(chēng)為「正向電壓」) 的電流來(lái)點(diǎn)亮LED。這個(gè)電壓取決于LED的顏色，但通常落在1.6V至4V左右。

LED的亮度取決于供應的電流，這代表可以使用合適的LED驅動(dòng)器來(lái)調低汽車(chē)燈光的亮度。有兩種方法可以做到這一點(diǎn)：降低電流，這種方式稱(chēng)為模擬調光，或使用脈寬調變(PWM)進(jìn)行數字調光。

對汽車(chē)產(chǎn)品應用來(lái)說(shuō)，LED驅動(dòng)器需要堅固耐用，并且能夠在-40°C至 +105°C或125°C的寬廣環(huán)境溫度范圍內運作。裝置必須能夠處理多變的電壓，比如說(shuō)典型商用車(chē)的24V電池、內燃機車(chē)輛(ICEV)的12V電池，或配備 DC-DC轉換器的最新電動(dòng)車(chē)(EV)并為其配件供電的12V輔助電池。同時(shí)，能夠符合相關(guān)的電磁兼容性(EMC)要求，在未來(lái)的電動(dòng)車(chē)浪潮中也非常重要。

藉由使用微控制器，轉換成更智能的LED控制。另一個(gè)有用的特點(diǎn)是故障偵測功能，可以警告駕駛人LED故障并指示其位置，從而提高安全。典型使用多個(gè) LED的車(chē)燈中，其中一個(gè)LED要是發(fā)生故障，因為其他LED還能繼續運作，所以很難偵測到。這可能會(huì )導致安全問(wèn)題，因為車(chē)燈可能無(wú)法達到所需的亮度。因此能夠偵測故障的智能LED驅動(dòng)器彌足珍貴。



 
圖二 : LED后燈

實(shí)際運作的整合式 LED 控制
Diodes公司的AL5873Q，就是整合式LED驅動(dòng)器的例子。這是一款三信道線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器，具有5V至55V的寬廣輸入電壓范圍，還提供多種功能，讓車(chē)輛照明設計更簡(jiǎn)便。

前一代產(chǎn)品需要一個(gè)控制器和一個(gè)獨立的驅動(dòng)器?，F在，這兩個(gè)功能全部由 AL5873Q整合在單一組件內。使用單一裝置來(lái)驅動(dòng)LED，讓所需的外部組件數量降到最低，不但簡(jiǎn)化設計過(guò)程，還提高可靠性。

與Diodes公司的其他汽車(chē)兼容LED驅動(dòng)器一樣，AL5873Q也包含內建保護功能，其會(huì )使用裝置上的故障針腳，來(lái)報告問(wèn)題的狀態(tài)，例如LED發(fā)生故障時(shí)。

Diodes公司的下一代產(chǎn)品，將從單信道和三信道裝置提供高達36個(gè)信道的更多信道數，甚至更多其他功能。這代表許多個(gè)別LED可以由單一驅動(dòng)器裝置獨立控制，為車(chē)燈中的像素LED動(dòng)畫(huà)效果創(chuàng )造機會(huì )。

AL5873Q支持PWM和模擬調光，每個(gè)通道可提供高達250mA，或合計 750mA的電流。LED電流位準可以使用兩個(gè)參考電阻器來(lái)控制，這代表相同的LED發(fā)射器既可用于后燈組，也可用于尾燈和煞車(chē)燈。這讓設計更為精簡(jiǎn)，代表可以大幅降低物料清單(BOM)成本。

如果接面溫度過(guò)高，LED的使用壽命會(huì )大幅縮短。為了避免這種情況，AL5873Q包括溫度監控功能，如果超過(guò)AL5873Q的閾值溫度，它會(huì )降低 LED電流。此外還提供過(guò)熱和LED燈條開(kāi)路/短路保護監控，以及輸入欠壓鎖定和故障指示燈功能。

AL5873Q采用具有外露焊墊的小尺寸TSSOP16封裝，節省燈具外殼中的寶貴空間，并提供可靠、具成本效益的解決方案，同時(shí)符合嚴格的AEC-Q100 Grade 1汽車(chē)質(zhì)量標準。AL5873Q是線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器，不需要外部電感器，因此可以降低BOM成本，并使EMI/EMC問(wèn)題易于解決。

典型產(chǎn)品應用如圖三所示，具有六個(gè)LED通道。LED電流位準由FULL針腳控制：當FULL針腳拉高時(shí)，會(huì )由連接到REF2針腳的電阻器設定LED電流；當FULL針腳拉低時(shí)，則由連接到REF1的電阻器決定LED電流。這代表同一組LED可以同時(shí)當成尾燈和煞車(chē)燈使用，而控制器使它們能夠提供正常尾燈操作，和停止/煞車(chē)所需的兩種不同亮度等級。



 
圖三 : 典型汽車(chē) LED 產(chǎn)品應用

數字調光由PWM針腳控制，LED電流和亮度則是根據PWM訊號的工作周期來(lái)調整。如果偏好模擬調光，則可以藉由將ADIM針腳上的電壓從 0.3V轉換到1.5V，在0%到100%之間線(xiàn)性調整LED電流。

此外還提供另一個(gè)省電功能，就是睡眠或待機模式。如果將PWM針腳拉到接地，而超過(guò)7ms沒(méi)有送出訊號，則AL5873Q會(huì )進(jìn)入低待機電流模式 (消耗小于250μA)。如果超過(guò)25ms沒(méi)有訊號，AL5873Q會(huì )進(jìn)入超低靜態(tài)電流模式(消耗小于1μA)，從而降低整體功耗。

結論
展望未來(lái)，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的LED前景一片光明。首先，隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)取代現有的汽油和柴油車(chē)型，電力消耗和電動(dòng)馬達轉換效率將變得越來(lái)越重要。由于續航里程是電動(dòng)車(chē)的一個(gè)關(guān)鍵賣(mài)點(diǎn)，因此在汽車(chē)怠速或行駛時(shí)，將所有電子配件(包括照明)使用的電力降到最低，將是延長(cháng)電池壽命的主要因素之一，從而增加往來(lái)充電站之間可行駛的里程。

汽車(chē)制造商也將尋找新的方法，讓他們的產(chǎn)品之間有所差異，而LED照明可以透過(guò)客制化外型和動(dòng)畫(huà)，讓他們的優(yōu)勢顯而易見(jiàn)。此外，車(chē)輛正在轉變成高度復雜的「車(chē)輪上的計算機」，這代表設計人員正在尋找的LED驅動(dòng)器，需要能與汽車(chē)通訊，并向汽車(chē)報告問(wèn)題。

隨著(zhù)這些要求的演變，來(lái)自供貨商的整合式和智能型LED控制器/驅動(dòng)器，將使設計人員能夠獲得LED的最佳用法和特性，無(wú)論客戶(hù)朝哪個(gè)方向發(fā)展，都能滿(mǎn)足他們的需求。
(本文作者Allan Lin為Diodes公司LED照明事業(yè)部總監)