安森美半導體配合汽車(chē)照明設計趨勢的解決方案

　　照明是汽車(chē)設計關(guān)鍵的差異化因素，在個(gè)性化和安全性等方面發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用，而半導體無(wú)疑是推動(dòng)汽車(chē)照明創(chuàng )新趨勢的關(guān)鍵元件。得益于LED尺寸小、可根據電流改變亮度，從而為工程師提供更多的設計靈活性，以及節能高效等優(yōu)勢，LED車(chē)燈有望成為汽車(chē)照明的一種潮流。

　　先進(jìn)LED用于汽車(chē)技術(shù)及未來(lái)的“造型、安全、燃油能效”

　　LED驅動(dòng)器在LED照明應用中必不可少，汽車(chē)工程師可利用它實(shí)現節能、提升安全優(yōu)勢及打造獨特漂亮造型的設計需求。LED驅動(dòng)器在通過(guò)調節一個(gè)LED或LED串的功率，提供恒定的光輸出，也就是說(shuō)即使功率可能變化，仍然穩定地供電給LED。工程師需根據不同的要求如串聯(lián)或并聯(lián)、高功率或低功率以及成本或功能等等，為特定應用選擇合適的LED驅動(dòng)器以盡量提升能效，并為軟啟動(dòng)或應急燈等功能提供可調性。

　　在選用LED驅動(dòng)器時(shí)，從設計復雜度、成本、性能等方面來(lái)講，需根據LED總功率、應用的電子環(huán)境溫度以及改變LED配置的靈活性，選定并設計合適的拓撲結構。例如，開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器比線(xiàn)性驅動(dòng)器具更高能效、更低功耗，能承受更高的電子環(huán)境溫度，可用于亮度要求更高的應用;光的亮度調整可使用基準電壓控制和脈寬調制控制等多種方法完成;寬工作電源范圍可配置電源和可驅動(dòng)的LED數量。從集成度方面來(lái)講，需根據每一方案支持的特性(如自動(dòng)調光、個(gè)別的LED控制、顏色改變等)及安全和故障診斷標準來(lái)判斷其更適用于哪一種應用。

　　將來(lái)，照明驅動(dòng)器需具備靈活性：使用相同的平臺以縮短設計周期及對系統要求變化作出反應，同時(shí)使系統能根據每個(gè)LED串擴展，以支持將要上市的不同應用，滿(mǎn)足汽車(chē)整車(chē)廠(chǎng)商的系統要求。在當今豪華車(chē)中，我們看到使用組合高壓氣體放電燈(HID)和LED方案的前照燈系統。展望未來(lái)，全LED系統將開(kāi)始獲得增長(cháng)動(dòng)力。隨著(zhù)汽車(chē)朝向更智能化的方向發(fā)展，驅動(dòng)器將融合更多的功能如先進(jìn)駕駛輔助系統(ADAS)，工程師須考慮增強故障診斷功能，提升系統可靠性。

　　豪華型照明方案跨越中低檔車(chē)市

　　從應用層面來(lái)講，汽車(chē)照明分為內部和外部照明。當今汽車(chē)內部照明大多采用明亮的白光LED驅動(dòng)器和RGB紅綠藍可編程驅動(dòng)器。而外部照明不再僅限于前照燈和尾燈，車(chē)身照明(如標識燈和門(mén)把手)和外部RGB已經(jīng)用于豪華車(chē)，預期將會(huì )滲入中低檔汽車(chē)。

　　1、當今汽車(chē)內部照明——白光

　　白光LED主要用于頂燈、閱讀燈、貨艙燈等對亮度要求相對較高的應用，它有別于標準燈泡，可為駕駛員提供溫馨舒適的氛圍。汽車(chē)整車(chē)廠(chǎng)商使用白光LED能提供不同的氛圍燈選擇，從簡(jiǎn)單用分立的白光LED驅動(dòng)器控制開(kāi)/關(guān)到更復雜的調光斜率，以產(chǎn)生獨特和差異化的造型及效果，如漸關(guān)或漸開(kāi)來(lái)產(chǎn)生戲劇效果。安森美半導體為這類(lèi)應用提供分立的或恒流穩流硅方案。

　　2、當今汽車(chē)內部照明——RGB

　　RGB和白光LED相輔相成，其發(fā)展由進(jìn)一步令車(chē)輛個(gè)性化的動(dòng)力所推動(dòng)，用作可編程的內部光源，包括儀表盤(pán)、中控臺、導航/音頻等區域照明和氛圍燈等特效應用。安森美半導體可提供線(xiàn)性系統基礎芯片(SBC)用作此類(lèi)應用，SBC接口經(jīng)由LIN總線(xiàn)，提供驅動(dòng)RGB LED的所有功能。

　　安森美半導體還提供全集成的可尋址LIN RGB單芯片方案NCV7430，使電流控制能通過(guò)3顆LED，同時(shí)提供全色譜和強度。該器件一個(gè)獨特的特性是24位真彩色，這模塊可通過(guò)LIN命令輸出1600萬(wàn)種不同顏色，用于車(chē)輛防盜等安全特性及創(chuàng )建個(gè)性化的內部氛圍。該方案比當前市場(chǎng)上由微控制器和LIN-SBC組成的方案節省了電路板空間，而且能使用可選的鎮流器控制引腳，以輸出更多功率來(lái)驅動(dòng)一個(gè)外部低成本BJT晶體管，從而將功耗從IC轉移至外部晶體管使熱管理更簡(jiǎn)單。此外，NCV7430單獨的LIN節點(diǎn)經(jīng)由預編程或LIN命令獲取地址，使得設計靈活并降低成本。

　　圖1. RGB驅動(dòng)器用于汽車(chē)內部照明

　　3、當今汽車(chē)尾燈

　　從過(guò)去單個(gè)的LED到現在的不透明且均勻的燈排，從動(dòng)畫(huà)的信號到掃動(dòng)的閃光信號燈，驅動(dòng)器作為汽車(chē)尾燈演變的重要部分，除了在造型、形像等汽車(chē)外觀(guān)方面不斷創(chuàng )新外，還提升安全系數，并可支持啟停壓降，和自適應環(huán)境光照條件，是滿(mǎn)足汽車(chē)廠(chǎng)商和政府節能要求的關(guān)鍵。針對此類(lèi)應用，安森美半導體提供線(xiàn)性穩流器和控制器。

　　圖2. 汽車(chē)尾燈

　　4、當今汽車(chē)前照燈

　　LED前照燈普遍應用于日間行車(chē)燈(DRL)，最常見(jiàn)的兩種方案是導光LED和LED串。這些DRL應用不僅向迎面駛來(lái)的車(chē)輛提供更好的能見(jiàn)度，汽車(chē)廠(chǎng)商也依靠LED和LED驅動(dòng)器的靈活性來(lái)個(gè)性化他們的車(chē)輛，建立特有的“視覺(jué)”品牌。

　　用于豪華車(chē)的先進(jìn)前照燈已不僅僅局限于DRL、遠光燈和近光燈，汽車(chē)廠(chǎng)商還可選擇LED轉向燈、LED霧燈和高速路面聚光燈等設計，以及采用結合HID和LED方案的前照燈系統，乃至將來(lái)的全LED燈。在更具個(gè)性、更安全及更高能效的趨勢的推動(dòng)下，考慮令平臺模塊化，從低成本“入門(mén)級近光燈”發(fā)展至高端全功能“先進(jìn)照明系統”，為汽車(chē)廠(chǎng)商提供多種創(chuàng )新。

　　圖3. 用于豪華車(chē)的先進(jìn)前照燈

　　從成本上來(lái)說(shuō)，先進(jìn)的照明系統較標準照明系統貴，但可相應減少功能以迎合中低成本汽車(chē)。此外，它還具備可擴展性，可根據需要適當擴展以用于各類(lèi)汽車(chē)。

　　進(jìn)一步的系統發(fā)展將添加電機控制的能力。安森美半導體提供雙通道LED驅動(dòng)器、步進(jìn)電機驅動(dòng)器用于自適應前大燈系統(AFS)。每輛車(chē)可集成多達6個(gè)安森美半導體雙通道LED驅動(dòng)器和3個(gè)安森美半導體步進(jìn)電機驅動(dòng)器。這些系統克服了傳統前照燈的不足，可自動(dòng)調平以減少眩光，以及自動(dòng)旋轉點(diǎn)亮傳統前照燈的照明盲區。雙通道LED驅動(dòng)器是集成功率LED的系統級芯片，環(huán)境溫度可高達125攝氏度，適用于中、高總功率。而步進(jìn)電機驅動(dòng)器提供雙極步進(jìn)驅動(dòng)、微步進(jìn)、停轉檢測、LIN、I2C和SPI接口，以及環(huán)境溫度可高達125攝氏度等特性。

　　特別地，安森美半導體創(chuàng )新的汽車(chē)LED前燈照明方案NCV78663，采用功率鎮流器和雙LED驅動(dòng)器，提供分段無(wú)眩光遠光燈，集成智能電子，通過(guò)傳感器、攝像機和導航控制，令汽車(chē)自動(dòng)適應各種路況，并通過(guò)最大化照明區域增強安全性，其最先進(jìn)的功能是：如果沒(méi)有即將到來(lái)的汽車(chē)，車(chē)燈會(huì )有最大的光輸出;但當迎面駛來(lái)的汽車(chē)靠近，車(chē)燈會(huì )自動(dòng)和迎面而來(lái)的汽車(chē)的特定地點(diǎn)分隔開(kāi)來(lái)，同時(shí)打開(kāi)遠光燈模式。汽車(chē)越靠近，間隙隨著(zhù)汽車(chē)的靠近而擴大。間隙變得更寬，直到那輛汽車(chē)駛過(guò)，然后回到遠光燈模式。該方案支持模塊化的設計平臺，易于設計且具成本效益。

　　將來(lái)的汽車(chē)照明方案

　　1、“掃動(dòng)”指示燈

　　前照燈系統將繼續以安全性和能見(jiàn)度作為關(guān)鍵發(fā)展動(dòng)力。經(jīng)測試，如果汽車(chē)配有“掃動(dòng)”指示燈，那么駕駛員對前方方向檢測正確率由普通的72%提升至90%，反應時(shí)間提高32%。

　　圖4. “掃動(dòng)”指示燈

　　此外，基于一些地區法規，LED驅動(dòng)器必須能提供等同于一個(gè)白熾燈的完整亮度的光。

　　2、像素/矩陣燈

　　從電機控制邁向使用像素/矩陣前大燈系統是將來(lái)汽車(chē)照明的一大重點(diǎn)趨勢，它采用系統模塊化的平臺設計，提供超越當今前照燈方案的眾多優(yōu)勢，通過(guò)高科技及創(chuàng )新設計提升汽車(chē)形像，支持50%至80%甚至更多地使用全靜態(tài)無(wú)眩光遠光燈，可根據環(huán)境和迎面駛來(lái)的汽車(chē)調節照明系統，為駕駛員提供在所有情況下的更高能見(jiàn)度，運用LED技術(shù)，無(wú)移動(dòng)部件，更安全更可靠。此外，由于具多個(gè)空白區域，和可調節的每一像素的發(fā)光功率，并可快速切換，可擴展更多功能。

　　圖5. 像素/矩陣燈

　　安森美半導體的NCV78247像素/矩陣控制器，能驅動(dòng)4個(gè)LED串、集成調光控制器、內置過(guò)壓/欠壓、過(guò)溫、短路/開(kāi)路檢測(包括LED旁路開(kāi)路)、SPI接口、輸出故障、輸出段可配置、可提供SPI通信和板載微控制器等等(圖6)。

　　圖6. NCV78247像素/矩陣控制器

　　結語(yǔ)

　　將來(lái)的許多汽車(chē)照明方案將基于當前的研發(fā)和使用經(jīng)驗，并由半導體行業(yè)的硅發(fā)展及成本降低趨勢所推動(dòng)。市場(chǎng)將持續需要驅動(dòng)器組合，支持從最簡(jiǎn)單的分立器件到使用組合技術(shù)的方案，為汽車(chē)外型設計提供更多可能，并提升行車(chē)安全系數和燃油經(jīng)濟性。添加電機控制能力的系統可根據駕駛環(huán)境、速度及車(chē)輛負載進(jìn)行調整，以進(jìn)一步提升安全水平。為獲得特定光區域的高能見(jiàn)度，前大燈系統將由電機控制邁向使用像素或矩陣LED。安森美半導體可提供組成LED AFS像素/矩陣系統的所有半導體元件(微控制器除外)如LED專(zhuān)用標準產(chǎn)品(ASSP)、FET、LDO、整流器、邏輯、齊納、保護等。隨著(zhù)系統越來(lái)越標準化，微控制器將可嵌入到一個(gè)專(zhuān)用集成電路(ASIC)，這將支持潛在的安森美半導體單芯片硅方案，幫助工程師簡(jiǎn)化設計，加快上市時(shí)間。