發布日期：2022-07-14 點擊率：78
智能汽車照明正不斷演進，轉向基于LED的方案，提高道路安全性，實現節能3到5倍，增強用戶體驗，且創新的車燈造型設計以及可靠性的提升，還不斷拓寬汽車照明的新境界。安森美(onsemi)關注汽車領域的趨勢發展，不斷推出創新的智能電源和智能感知技術，以確保道路安全，也是汽車照明領域的開拓者和引領者。本文聚焦汽車外部照明的系統級應用和安森美相關設計的半導體方案，包括矩陣/像素燈、造型定制及車聯萬物 (V2X)。
前照燈及SPI接口LED驅動器模塊
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，一般會把前照燈的LED驅動電路單獨做成一個模塊，有助于加快研發周期，平臺化項目管理，可靈活用于多種車輛結構和燈組造型。高級LED驅動模塊可最優化前大燈性能，能為單個LED燈珠或多個LED燈串供電，可編程，以實現對各類汽車燈光的控制，最小化電能消耗，含安全診斷功能和車載網絡(IVN)。
安森美的LED驅動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，還實現獨特的前向照明效果，減少碳排放，有助于電動車增加續航。如圖1是一個前照燈系統中LED驅動電路的框圖，這6通道LED模塊可驅動多組LED燈串，對應遠光燈、近光燈、柱形燈、角燈、轉向燈等，含LED驅動芯片、步進電機驅動芯片、各種傳感器接口、電源及電源管理芯片、接口保護芯片、車聯網芯片SBC和單片機等，是個可自主工作的小系統。
圖1：可驅動多組LED串的前照燈模塊
安森美的單通道LED驅動器系統單芯片(SoC)，集成了車燈所需要的安全與控制功能，比傳統方案簡化了外圍器件，優化了電路的設計，可使設計人員快速完成產品設計，非常適用于設計單一功能的LED車燈。
安森美已開發了4代SPI-LED驅動產品。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，是目前市面上同類型產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，驅動電流能力可達3 A，也是目前市面上同類型產品中電流驅動能力最大的。第3代以后的產品適用于3組以上的LED燈串。
圖2：安森美的SPI-LED驅動產品選型圖
如果采用兩顆NCV78763 ，可驅動4個不同的LED燈串，將兩個Boost并聯，可輸出更大功率，但這只是一種簡單的功率加成，對于驅動更大功率的LED燈組，推薦采用多相交替工作的Boost芯片。在實際應用中，一顆NCV78702/NCV78703可配合多顆NCV78723，可驅動4到12個不同功率的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技術的NCV78825，可驅動更大功率的LED燈珠，提升系統能效，減少發熱。
Boost-Buck電源結構的優勢
Boost作為穩定的電壓源，可保障多顆LED燈串所累加起來的壓降需求。Buck作為穩定的電流源，直接驅動LED發光，由于電流源不受負載電壓瞬變的影響，可實現快速的開關切換，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先進前照明系統，可增強前向的照明視覺，不僅服務于駕駛員，也適用于周圍的交通環境如防眩光、隨動轉向、照亮障礙物、行人規避等。光束中的單個像素可受控打開/關閉，其中的像素是指LED陣列中的一顆LED燈珠，每個像素都有一個光束照亮的區域。光束智能照射可適配駕駛意圖和交通環境，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景中使前大燈功能最優化，包括照射更長距離，轉彎時光束可切換，同時更清晰地照亮道路中的行人和障礙物，盡量減少對向車輛產生的眩光，可根據需要控制單顆LED像素的開關，且包含安全診斷和車聯網等功能。圖4是安森美的像素/矩陣燈組應用框圖的一個例子，由4個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個旁路開關，每個旁路開關都可獨立控制，我們將每3個旁路開關設定為一組，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燈板模塊的驅動電流可能是不同的，這可擴展像素控制芯片的應用場景，不僅僅局限于由遠近光組成的矩陣/像素燈應用，還可實現多組開關的并聯，使得開關所能承受的電流成倍地增加，以驅動更大功率的LED燈珠。
LED燈組 – 串聯型驅動 vs. 并聯型驅動
在廣泛的車燈中，LED燈組有兩種驅動：串聯型和并聯型。上文介紹的矩陣/像素LED燈組是串聯型結構。當LED燈珠的額定工作電流大于300 mA時，一般選擇串聯型結構，這種結構的缺點是壓降大。安森美的LED驅動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驅動是這種串聯型LED燈串的理想方案，同時安森美的像素燈控制芯片NCV78247和NCV78343也完美地匹配這種串聯型的LED燈組。NCV78247集成了12個矩陣開關，每個開關的過電流能力是1 A，含SPI接口。NCV78343也集成了12個矩陣開關，每個開關的過電流能力提升到1.4 A，含UART接口，不但可用于由遠近光組成的矩陣燈組，也適用于具有動畫效果的轉向燈、日行燈、格柵燈、造型燈等場景。
當LED燈珠額定工作電流小于100 mA時，一般選擇并聯型驅動，這種結構的LED燈串總的額定工作電流將會是所有燈串的累加，由于采用并聯結構，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Buck 轉換器來穩定總輸入電壓，然后采用多路線性恒流源來負責LED的穩定驅動電流。安森美提供相應的NCV7685。
圖4：LED燈組 – 串聯型驅動vs.并聯型驅動
用于車后組合燈 (停車燈、尾燈、轉向燈、造型燈) 的LED線性驅動器
這類燈屬于信號燈，用于提醒周圍車輛和行人，本車即將要發生的駕駛意圖，包括轉彎、剎車、駐車等，同時車身上的各種造型也可作為汽車身份的一種標識，工作電流一般小于100 mA。車后組合燈有這些高階功能：增強型停車燈、尾燈、轉向燈是動態的分段式燈光信號，創新的車燈造型可實現以光束打造品牌、迎賓、動畫等效果，可驅動單串、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線性驅動器，如圖6所示，單通道預驅動芯片有NCV7691/92，多通道預驅動芯片有NCV7693，多通道直接驅動芯片有專用于剎車、停車的NCV7683，以及帶I2C接口的NCV7685。
圖5：安森美的LED線性驅動器
NCV7692和NCV7693是恒流控制器，通過PWM控制信號驅動外置的NPN三極管，提供穩定的線性電流。因為NCV7693可控制3路LED燈串，所以可組合成動態的開關效果。NCV7683和NCV7685是8通道線性電流源，集成功率開關，每個通道的電流驅動能力分別是100 mA和60 mA。NCV7685有兩種工作模式：標準模式下，通過外圍電路設置芯片的各項參數，無需單片機介入，但只能進行簡單的開關操作；I2C模式下，單片機通過I2C接口配置芯片的各項參數，可實現多樣的LED燈串動畫效果。
LED恒流調節器
這是在簡單車燈應用中的高性價比方案，設計人員可根據下表的關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
汽車外部照明為進一步提升用戶體驗和安全開辟了道路，品牌等效和造型日益多樣的選擇，及可靠性的提升，都在不斷拓寬汽車外部照明的新境界。安森美針對前照燈、矩陣/像素燈、車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，且平臺化設計實現擴展性和靈活性，助力設計人員創新并簡化和加快開發。安森美的智能電源配以智能感知技術，為提升道路安全鋪平道路。
