汽車LED照明驅(qū)動設(shè)計的挑戰(zhàn)和解決之道

LCM從車身控制模塊接收功率和控制信號。其中往往包括用于提供動力的電池和地電源。有些架構(gòu)含有來自車身控制模塊的一條控制線路，通過其中的控制信號來改變LED串的功能。例如，當(dāng)用同一LED串來充當(dāng)日間行駛燈和停車燈時，就需要控制信號來選擇所需功能。更先進的架構(gòu)采用CAN網(wǎng)絡(luò)來控制照明，因而采用一條CAN總線電纜來確定具體功能。

為了對來自LED模塊和車身控制器的這些控制信號進行處理，LCM有時會采用一個微控制器。該微控制器可以讀取這些控制信號，并對驅(qū)動器IC進行相應(yīng)的配置。這有利于增加LCM的靈活性，使其可以驅(qū)動任意LED配置，從而提高驅(qū)動器控制板在不同汽車平臺中的重復(fù)利用價值。

驅(qū)動器電路本身的主要功能是為LED串提供受控電流。該電路可以采用不同的架構(gòu)，比如線性調(diào)節(jié)器或開關(guān)調(diào)節(jié)器。然而，隨著功率水平的增加，效率變得越來越重要，因而通常采用開關(guān)調(diào)節(jié)器。這些轉(zhuǎn)換器可以采用升壓、降壓或降壓/升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有其自身的優(yōu)勢和不足，與輸出靈活性、效率和系統(tǒng)成本相關(guān)，具體應(yīng)用取決于具體設(shè)計。

在確定采用哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，必須考慮以下事實：電池向LCM提供的電源電壓的變化范圍非常大，低至6V(現(xiàn)代起止發(fā)動機的冷啟動)，高達24V。就如多數(shù)汽車制造商堅持的那樣，在這些條件下，外部照明功能應(yīng)能正常運行，因此，驅(qū)動器電路必須能在如此寬的輸入電壓范圍內(nèi)向LED 串提供相應(yīng)的輸出電壓/電流，以驅(qū)動LED。在這些要求下，經(jīng)常采用降壓/升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

另外，隨著照明控制模塊向通用型不斷發(fā)展，降壓/升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成了首要選擇，因為這種結(jié)構(gòu)在輸出電壓方面具有最大的靈活性，不受輸入電壓影響，有效地彌補了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在效率方面的微小差異。

如前所述，LCM為LED提供PWM電流。然而，為了避免該PWM電流使LED光發(fā)生肉眼可見的閃爍，一般采用200Hz以上的PWM頻率。 PWM占空比也可以發(fā)生變化，以根據(jù)所需功能(如日間行駛燈或停車燈)向LED串提供不同的平均電流。

可見，燈光控制模塊必須能將來自車身控制器的輸入功率轉(zhuǎn)換成頻率超過200Hz且具有相應(yīng)占空比的PWM電流，以便向LED提供適當(dāng)?shù)钠骄娏鳎瑥亩鴮崿F(xiàn)所需要的功能。

采用DC/DC開關(guān)調(diào)節(jié)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同樣需要確?？刂颇K不輻射且不受電磁干擾。因此，需要采用正確的電子器件設(shè)計和電路板布局，以避免這種干擾。

在圖1的示意圖中，LED與驅(qū)動器控制模塊相互獨立，二者由一個連接器相連。這種架構(gòu)要求對LED進行保護，防止其電池或地引腳因連接器故障而意外短路，從而避免LED和驅(qū)動器電路遭到損壞。

除了短路條件以外，LCM還需具備檢測LED故障的能力。其中包括檢測LED的開路故障和短路故障。LED串中的單個LED發(fā)生開路故障時，檢測起來相對容易，但短路故障的檢測更具挑戰(zhàn)性。單個LED正向電壓的內(nèi)在擴散性在較長LED串中積聚時，會變得非常明顯。這增加了檢測短路發(fā)生時間的難度。當(dāng)LCM檢測到故障LED時，可能同時需要將診斷信號發(fā)回車身控制模塊，以便提醒駕駛員。

這就需要采用燈光控制模塊，以便提供所有上述功能，同時達到汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求。這就意味著，該模塊和相關(guān)組件必須通過符合AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)的汽車認(rèn)證。汽車照明被認(rèn)為是一種事關(guān)安全的重要功能，因此，其可靠性是重中之重。

LED驅(qū)動設(shè)計解決方案

從上述各項要求可以看出，挑戰(zhàn)在于如何設(shè)計一種解決方案，能在降低系統(tǒng)成本的同時提供所需的功能、靈活性、系統(tǒng)可靠性和集成度。

一種可能的解決方案是采用恩智浦半導(dǎo)體提供的ASL1010PTK驅(qū)動器IC。ASL1010PTK驅(qū)動器IC集成了汽車LED燈必需的核心功能，是一種緊湊型一體化解決方案，且無需增添額外部件。對于LED模塊設(shè)計而言，有利于降低成本、增強美感、提高可靠性。

此外，這一系統(tǒng)解決方案具有極高的靈活性，不受汽車平臺和LED配置的限制，而且無需重新設(shè)計PCB電路板。集成式設(shè)計免除了不同平臺的冗余功能以及對外置微控制器的需要，從而將系統(tǒng)成本控制在較低水平。

ASL1010PTK驅(qū)動器IC采用降壓/升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用標(biāo)準(zhǔn)汽車電池電壓即可安全驅(qū)動多達20個LED燈;輸出電壓極其靈活，范圍為6V至 60V，支持目前市場上的各類LED，非常適合驅(qū)動汽車應(yīng)用中的高亮度LED。

圖2中的示意圖展示了一種驅(qū)動器電路的典型基準(zhǔn)電壓設(shè)計。

圖2：典型應(yīng)用示意圖(采用面向汽車前部照明的ASL1010PTK)。

ASL1010PTK 驅(qū)動器IC基于ABCD9技術(shù)節(jié)點制成(這是恩智浦推動模擬混合信號集成的汽車技術(shù)平臺)。這樣，驅(qū)動器可以工作于6V至60V的電源電壓之中，從而達到起止條件以及ISO7637標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)瞬變電壓的要求。

由于驅(qū)動器IC集成度很高，因此應(yīng)用設(shè)計在只需極少的外部組件的同時，還能維持系統(tǒng)的靈活性。在圖2所示的應(yīng)用示意圖中，通過少量組件就實現(xiàn)了溫度反饋功能，可控制LED的溫度和性能;故障檢測功能，可在LED出現(xiàn)故障時提供反饋;短路保護功能，使LED和驅(qū)動器IC免受電池和地引腳短路影響;靈活的電流選擇和PWM編程功能;可調(diào)LED內(nèi)部PWM產(chǎn)生功能，允許同一LED燈同時用作日間行駛燈和停車燈。LED欠壓和過壓保護。

借助這款尺寸小、散熱性能良好的器件(HVSON14)，驅(qū)動器IC可為LED串提供最高1A的電流。由于采用了高精度的集成電流源，該驅(qū)動器 IC可以有效消除任何LED紋波電流，無需添加額外的外部組件。

本文小結(jié)

近年來，LED在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用呈大幅增長之勢，究其原因在于LED具有無與倫比的設(shè)計靈活性、更長的使用壽命和更低的功耗水平。LED本身的性能也得到了大幅提升，增加了其在汽車應(yīng)用領(lǐng)域的可用性。

隨著LED應(yīng)用的不斷增多，我們還需要一種更加高效、更加穩(wěn)健、更具成本優(yōu)勢的電子器件和驅(qū)動器IC，以便使LED的優(yōu)勢在汽車應(yīng)用中得到充分發(fā)揮。

基于一種通用型LED照明系統(tǒng)架構(gòu)，我們探討了電子控制裝置需要的特性，其中包括LED散熱管理、驅(qū)動不同LED配置的靈活性以及具有成本優(yōu)勢的系統(tǒng)設(shè)計等。