汽車外部照明LED控制系統(tǒng)進(jìn)展

汽車照明市場(chǎng)繼續(xù)強(qiáng)勢(shì)成長(zhǎng)，分析師Yole預(yù)測(cè)到2024年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)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(zhǎng)、更節(jié)省空間、成本和電力，還替復(fù)雜和客制化的照明系統(tǒng)帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)。有一種趨勢(shì)是對(duì)LED進(jìn)行更復(fù)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(jù)場(chǎng)景的變化，改變LED的亮度。

除了LED本身，汽車還需要合適的電子組件來(lái)驅(qū)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(diào)光和故障偵測(cè)等特殊功能。

雖然過(guò)去驅(qū)動(dòng)LED通常使用分離組件，但現(xiàn)今已轉(zhuǎn)向使用整合式驅(qū)動(dòng)器。讓我們審視這些零件的要求，以及它們?yōu)槠囋O(shè)計(jì)人員提供的功能。


 
圖一 : 汽車LED產(chǎn)品應(yīng)用

控制LED
為了產(chǎn)生所需的光，LED驅(qū)動(dòng)器需要在LED的陽(yáng)極和陰極之間施加一個(gè)達(dá)到最小閾值電壓 (稱為「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(yīng)的電流，這代表可以使用合適的LED驅(qū)動(dòng)器來(lái)調(diào)低汽車燈光的亮度。有兩種方法可以做到這一點(diǎn)：降低電流，這種方式稱為模擬調(diào)光，或使用脈寬調(diào)變(PWM)進(jìn)行數(shù)字調(diào)光。

對(duì)汽車產(chǎn)品應(yīng)用來(lái)說(shuō)，LED驅(qū)動(dòng)器需要堅(jiān)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(nèi)運(yùn)作。裝置必須能夠處理多變的電壓，比如說(shuō)典型商用車的24V電池、內(nèi)燃機(jī)車輛(ICEV)的12V電池，或配備 DC-DC轉(zhuǎn)換器的最新電動(dòng)車(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?yán)顺敝幸卜浅Ｖ匾?br/>
藉由使用微控制器，轉(zhuǎn)換成更智能的LED控制。另一個(gè)有用的特點(diǎn)是故障偵測(cè)功能，可以警告駕駛?cè)薒ED故障并指示其位置，從而提高安全。典型使用多個(gè) LED的車燈中，其中一個(gè)LED要是發(fā)生故障，因?yàn)槠渌鸏ED還能繼續(xù)運(yùn)作，所以很難偵測(cè)到。這可能會(huì)導(dǎo)致安全問(wèn)題，因?yàn)檐嚐艨赡軣o(wú)法達(dá)到所需的亮度。因此能夠偵測(cè)故障的智能LED驅(qū)動(dòng)器彌足珍貴。



 
圖二 : LED后燈

實(shí)際運(yùn)作的整合式 LED 控制
Diodes公司的AL5873Q，就是整合式LED驅(qū)動(dòng)器的例子。這是一款三信道線性LED驅(qū)動(dòng)器，具有5V至55V的寬廣輸入電壓范圍，還提供多種功能，讓車輛照明設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)便。

前一代產(chǎn)品需要一個(gè)控制器和一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器?，F(xiàn)在，這兩個(gè)功能全部由 AL5873Q整合在單一組件內(nèi)。使用單一裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，讓所需的外部組件數(shù)量降到最低，不但簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，還提高可靠性。

與Diodes公司的其他汽車兼容LED驅(qū)動(dòng)器一樣，AL5873Q也包含內(nèi)建保護(hù)功能，其會(huì)使用裝置上的故障針腳，來(lái)報(bào)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(dá)36個(gè)信道的更多信道數(shù)，甚至更多其他功能。這代表許多個(gè)別LED可以由單一驅(qū)動(dòng)器裝置獨(dú)立控制，為車燈中的像素LED動(dòng)畫(huà)效果創(chuàng)造機(jī)會(huì)。

AL5873Q支持PWM和模擬調(diào)光，每個(gè)通道可提供高達(dá)250mA，或合計(jì) 750mA的電流。LED電流位準(zhǔn)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燈。這讓設(shè)計(jì)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(jiān)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(hù)監(jiān)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(jié)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(yán)格的AEC-Q100 Grade 1汽車質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。AL5873Q是線性LED驅(qū)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(yīng)用如圖三所示，具有六個(gè)LED通道。LED電流位準(zhǔn)由FULL針腳控制：當(dāng)FULL針腳拉高時(shí)，會(huì)由連接到REF2針腳的電阻器設(shè)定LED電流；當(dāng)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(dāng)成尾燈和煞車燈使用，而控制器使它們能夠提供正常尾燈操作，和停止/煞車所需的兩種不同亮度等級(jí)。



 
圖三 : 典型汽車 LED 產(chǎn)品應(yīng)用

數(shù)字調(diào)光由PWM針腳控制，LED電流和亮度則是根據(jù)PWM訊號(hào)的工作周期來(lái)調(diào)整。如果偏好模擬調(diào)光，則可以藉由將ADIM針腳上的電壓從 0.3V轉(zhuǎn)換到1.5V，在0%到100%之間線性調(diào)整LED電流。

此外還提供另一個(gè)省電功能，就是睡眠或待機(jī)模式。如果將PWM針腳拉到接地，而超過(guò)7ms沒(méi)有送出訊號(hào)，則AL5873Q會(huì)進(jìn)入低待機(jī)電流模式 (消耗小于250μA)。如果超過(guò)25ms沒(méi)有訊號(hào)，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(jié)論
展望未來(lái)，汽車產(chǎn)業(yè)的LED前景一片光明。首先，隨著電動(dòng)車取代現(xiàn)有的汽油和柴油車型，電力消耗和電動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)換效率將變得越來(lái)越重要。由于續(xù)航里程是電動(dòng)車的一個(gè)關(guān)鍵賣點(diǎn)，因此在汽車怠速或行駛時(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(zhǎng)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(shì)顯而易見(jiàn)。此外，車輛正在轉(zhuǎn)變成高度復(fù)雜的「車輪上的計(jì)算機(jī)」，這代表設(shè)計(jì)人員正在尋找的LED驅(qū)動(dòng)器，需要能與汽車通訊，并向汽車報(bào)告問(wèn)題。

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