分析汽車(chē)LED照明系統的現狀和解決方案

　　在當今的中高檔汽車(chē)中，現代照明理念演繹得越來(lái)越淋漓盡致。不管是外部照明還是內部照明，都盡顯時(shí)尚和個(gè)性化，在汽車(chē)的不同部分使用了情緒設置模式來(lái)控制“個(gè)人空間”的光線(xiàn)顏色和亮度，如駕駛員腳下空間或控制臺的背光等。 這類(lèi)汽車(chē)照明采用新型光源，在豐富消費者體驗的同時(shí)，也滿(mǎn)足了環(huán)保和節能的要求。

　　要實(shí)現先進(jìn)的汽車(chē)照明應用，必須有相應半導體技術(shù)的支持，作為領(lǐng)先的汽車(chē)照明解決方案供應商，安森美半導體一直在為汽車(chē)照明應用提供各種通用和專(zhuān)用的高能效器件方案，符合汽車(chē)應用的嚴格要求，滿(mǎn)足快速發(fā)展的市場(chǎng)需求。

　　現代汽車(chē)照明系統

　　近年來(lái)，發(fā)光二極管（LED）在汽車(chē)照明應用中大量采用。與白熾燈相比，基于LED的照明系統使用壽命更長(cháng)，功耗更低，設計靈活性更高。這些特性使其非常適合汽車(chē)內部照明應用。此外，隨著(zhù)技術(shù)不斷進(jìn)步，涌現出了成本更低、每瓦光輸出更高的白光LED，使LED更適用于汽車(chē)內部的各種照明應用。

　　LED在汽車(chē)中的應用領(lǐng)域廣泛，如可以設在車(chē)頂內飾中，也可能設在車(chē)門(mén)下部?jì)蕊椫?，將光聚焦在?chē)內外的特定區域。LED還可以集成在門(mén)把手、鑰匙孔、踏板、杯架附近，或作為后視鏡上的轉向閃燈。發(fā)光指示的形狀可以非常簡(jiǎn)單，也可以十分精美，以滿(mǎn)足精確照明，為人們提供便利和美觀(guān)，如圖1所示。

　　圖1：形形色色的汽車(chē)照明應用。

　　安森美半導體的先進(jìn)汽車(chē)照明解決方案

　　安森美半導體一直為汽車(chē)照明應用提供標準產(chǎn)品和定制器件，包括普通燈泡驅動(dòng)器解決方案，以及步進(jìn)驅動(dòng)器、LED驅動(dòng)器和高強度氣體放電燈（HID，如氙燈）驅動(dòng)器。在HID驅動(dòng)專(zhuān)用集成電路（ASIC）市場(chǎng)，安森美半導體開(kāi)發(fā)的前照燈水平調整和旋轉步進(jìn)驅動(dòng)器已為業(yè)界廣泛采用。在車(chē)用LED照明市場(chǎng)，安森美半導體為車(chē)內外應用提供了豐富的產(chǎn)品組合。在圖2所示的汽車(chē)照明系統框圖中，安森美半導體都有各種對應的產(chǎn)品。以下將介紹幾種主要解決方案。

　　圖2：汽車(chē)照明系統框圖。

　　1. 前照燈步進(jìn)電機驅動(dòng)器

　　當今的大多數汽車(chē)都配備了遠光（HB）和近光（LB）功能的鹵素燈，這是前照燈的主要功能。遠光鹵素燈典型功耗為55 W，光輸出約為1，000流明。HID技術(shù)已問(wèn)世十多年，功耗約為35 W，光輸出約為3，500流明，具有一定的應用優(yōu)勢。隨著(zhù)時(shí)間的推移，HID燈已將遠光功能整合到雙氙燈解決方案中。但是，由于HID的高亮度和眩光會(huì )影響駛近車(chē)輛的視線(xiàn)，有些國家要求自動(dòng)調整近光燈的高度。

　　汽車(chē)前照燈的另一個(gè)重要方面是高級前照燈系統（AFS）的光束旋轉以?xún)?yōu)化能見(jiàn)度曲線(xiàn)，而自適應光束調整（（Adaptive Driving Beam，ADB））功能可根據實(shí)時(shí)情況調整光束。步進(jìn)電機是AFS和ADB首選的控制器。

　　安森美半導體的AMIS-30623單芯片雙極步進(jìn)電機驅動(dòng)器適用于前照燈的水平調整和旋轉控制。該器件帶有集成的位置控制器和本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )（LIN）接口，可實(shí)現與LIN主機遠程連接的專(zhuān)用機電一體化解決方案設計，見(jiàn)圖3。它利用電流、速度、加速度和減速度等可配置參數，通過(guò)總線(xiàn)接收位置指令，并驅動(dòng)電機線(xiàn)圈到所需的位置。AMIS-30623還可以檢測電機停轉。

　　這款器件嵌入了專(zhuān)用有限狀態(tài)機及為先進(jìn)前照燈系統要求定制的LIN指令集，還集成了無(wú)傳感器步損檢測功能，既能提高可靠性，也能減少元件數量和板上空間，降低產(chǎn)品成本。

　　圖3：采用AMIS-0623的前照燈水平調整和旋轉電路。

　　2. LED前照燈系統電源鎮流器和雙LED驅動(dòng)器

　　目前，大多數汽車(chē)仍采用鹵素前照燈方案提供遠光和近光功能，但未來(lái)的趨勢是使用氙燈和LED燈。尤其是可大幅降低前照燈耗電的LED燈應用將快速攀升，5年內30%的汽車(chē)將配備多種LED前照燈功能。LED照明提供了更時(shí)尚的選擇，可實(shí)現“即時(shí)”照明，并允許從0％到100％的功率進(jìn)行亮度控制。

　　安森美半導體的NCV78663單芯片智能前照燈LED驅動(dòng)器是將于2011年推出的新器件，它支持遠光燈、近光燈、日間行駛燈、位置燈、轉向燈及霧燈的單模塊控制。借助集成的數字調光、可編程串行外設接口（SPI）設置及內置診斷功能，NCV78663為前照燈控制提供了一個(gè)集成而全面的高能效解決方案。

　　圖4：NCV78663單芯片智能前照燈LED驅動(dòng)器。

　　NCV78663采用降壓/升壓拓撲結構，只使用少量外部元件即可實(shí)現LED電流調節、恒定均流、高效集成降壓開(kāi)關(guān)（高邊）以及高達2 A的電流；其擴展的診斷功能包括：檢測開(kāi)路或無(wú)法驅動(dòng)（failing driver）、短路、過(guò)電流保護和單顆LED故障等。此外，該器件還具備熱保護、通過(guò)SPI接口和/或OTP設置進(jìn)行系統定制、用一個(gè)器件完成多項系統配置、無(wú)需額外濾波的更好的EMC性能、電池低EMC、LED串低EMC等特點(diǎn)。使用NCV78663可以減少外部元件數量，總能效高于90％。該器件的評估板已經(jīng)推出，見(jiàn)圖5。

　　圖5：NCV78663評估板。

　　3. HID前照燈全功能專(zhuān)用集成電路

　　HID燈的問(wèn)世改善了前照燈系統的性能。相對于傳統鹵素燈，HID改善了顯色性，具備低功耗、更長(cháng)使用壽命和更高光輸出的特點(diǎn)。為了支持先進(jìn)的功能，HID前照燈需要高效率的鎮流器和復雜的控制電路。

　　安森美半導體HID燈控制系統是一個(gè)采用8位微控制器或專(zhuān)用狀態(tài)機的混合模擬/數字解決方案，見(jiàn)圖6。該器件集成了DC/DC控制器，以及豐富的診斷功能（過(guò)壓、欠壓、溫度傳感器、壽命計數器）、各種通信接口（LIN、SPI），支持35 W（D1/D2/D3/D4）和25 W（D5）燈。

　　圖6：HID前照燈全功能專(zhuān)用集成電路。

　　4. 車(chē)用LED組合尾燈線(xiàn)性電流穩流和控制器

　　目前，汽車(chē)組合尾燈（RCL）越來(lái)越多地采用LED燈體組，不僅外形美觀(guān)、光效高，更有助于后車(chē)清晰地看到前車(chē)的行駛狀態(tài)。

　　安森美半導體的NCV7680是一款線(xiàn)性穩流及控制器，可以單芯片為組合尾燈供電，提供更佳的性能和更高的能效，且占位面積比市場(chǎng)上的方案更小。該器件包括8個(gè)線(xiàn)性可編程恒流源，適用于汽車(chē)固態(tài)組合尾燈（RCL）的穩流和控制，支持高達每通道75 mA的發(fā)光二極管（LED）驅動(dòng)電流。

　　NCV7680集成了眾多功能，支持兩個(gè)亮度等級，一級用于停車(chē)，另一級用于尾部照明。如果需要，也可使用可選的脈寬調制（PWM）控制。系統設計人員只需使用一個(gè)外部電阻設定輸出電流（整體設定點(diǎn)）。另外，針對要求大電流的設計，可選的外部鎮流器場(chǎng)效應晶體管（FET）可以根據設計所需的高電流進(jìn)行功率分配。延遲的功率極限降低了在過(guò)電壓狀態(tài)下的驅動(dòng)電流。這對于沒(méi)有外部FET的低電流應用來(lái)說(shuō)十分重要。

　　該器件的典型應用包括組合尾燈、日間行車(chē)燈（DRL）、霧燈、中央高位剎車(chē)燈（CHMSL）陣列、轉向信號燈和其他外部調制應用、液晶顯示器（LCD）背光、照明模塊等。與分立方案相比，該器件可更好地匹配LED輸出，開(kāi)漏輸出功能的開(kāi)路LED串診斷，易于發(fā)現故障。

　　圖7：采用外部FET晶體管鎮流器的應用電路。