分析汽車LED照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀和解決方案

　　在當(dāng)今的中高檔汽車中，現(xiàn)代照明理念演繹得越來越淋漓盡致。不管是外部照明還是內(nèi)部照明，都盡顯時(shí)尚和個(gè)性化，在汽車的不同部分使用了情緒設(shè)置模式來控制“個(gè)人空間”的光線顏色和亮度，如駕駛員腳下空間或控制臺(tái)的背光等。 這類汽車照明采用新型光源，在豐富消費(fèi)者體驗(yàn)的同時(shí)，也滿足了環(huán)保和節(jié)能的要求。

　　要實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的汽車照明應(yīng)用，必須有相應(yīng)半導(dǎo)體技術(shù)的支持，作為領(lǐng)先的汽車照明解決方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體一直在為汽車照明應(yīng)用提供各種通用和專用的高能效器件方案，符合汽車應(yīng)用的嚴(yán)格要求，滿足快速發(fā)展的市場需求。

　　現(xiàn)代汽車照明系統(tǒng)

　　近年來，發(fā)光二極管（LED）在汽車照明應(yīng)用中大量采用。與白熾燈相比，基于LED的照明系統(tǒng)使用壽命更長，功耗更低，設(shè)計(jì)靈活性更高。這些特性使其非常適合汽車內(nèi)部照明應(yīng)用。此外，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，涌現(xiàn)出了成本更低、每瓦光輸出更高的白光LED，使LED更適用于汽車內(nèi)部的各種照明應(yīng)用。

　　LED在汽車中的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如可以設(shè)在車頂內(nèi)飾中，也可能設(shè)在車門下部內(nèi)飾中，將光聚焦在車內(nèi)外的特定區(qū)域。LED還可以集成在門把手、鑰匙孔、踏板、杯架附近，或作為后視鏡上的轉(zhuǎn)向閃燈。發(fā)光指示的形狀可以非常簡單，也可以十分精美，以滿足精確照明，為人們提供便利和美觀，如圖1所示。

　　圖1：形形色色的汽車照明應(yīng)用。

　　安森美半導(dǎo)體的先進(jìn)汽車照明解決方案

　　安森美半導(dǎo)體一直為汽車照明應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和定制器件，包括普通燈泡驅(qū)動(dòng)器解決方案，以及步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、LED驅(qū)動(dòng)器和高強(qiáng)度氣體放電燈（HID，如氙燈）驅(qū)動(dòng)器。在HID驅(qū)動(dòng)專用集成電路（ASIC）市場，安森美半導(dǎo)體開發(fā)的前照燈水平調(diào)整和旋轉(zhuǎn)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器已為業(yè)界廣泛采用。在車用LED照明市場，安森美半導(dǎo)體為車內(nèi)外應(yīng)用提供了豐富的產(chǎn)品組合。在圖2所示的汽車照明系統(tǒng)框圖中，安森美半導(dǎo)體都有各種對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品。以下將介紹幾種主要解決方案。

　　圖2：汽車照明系統(tǒng)框圖。

　　1. 前照燈步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

　　當(dāng)今的大多數(shù)汽車都配備了遠(yuǎn)光（HB）和近光（LB）功能的鹵素?zé)?，這是前照燈的主要功能。遠(yuǎn)光鹵素?zé)舻湫凸臑?5 W，光輸出約為1，000流明。HID技術(shù)已問世十多年，功耗約為35 W，光輸出約為3，500流明，具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢。隨著時(shí)間的推移，HID燈已將遠(yuǎn)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)影響駛近車輛的視線，有些國家要求自動(dòng)調(diào)整近光燈的高度。

　　汽車前照燈的另一個(gè)重要方面是高級(jí)前照燈系統(tǒng)（AFS）的光束旋轉(zhuǎn)以優(yōu)化能見度曲線，而自適應(yīng)光束調(diào)整（（Adaptive Driving Beam，ADB））功能可根據(jù)實(shí)時(shí)情況調(diào)整光束。步進(jìn)電機(jī)是AFS和ADB首選的控制器。

　　安森美半導(dǎo)體的AMIS-30623單芯片雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器適用于前照燈的水平調(diào)整和旋轉(zhuǎn)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(xiàn)與LIN主機(jī)遠(yuǎn)程連接的專用機(jī)電一體化解決方案設(shè)計(jì)，見圖3。它利用電流、速度、加速度和減速度等可配置參數(shù)，通過總線接收位置指令，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)線圈到所需的位置。AMIS-30623還可以檢測電機(jī)停轉(zhuǎn)。

　　這款器件嵌入了專用有限狀態(tài)機(jī)及為先進(jìn)前照燈系統(tǒng)要求定制的LIN指令集，還集成了無傳感器步損檢測功能，既能提高可靠性，也能減少元件數(shù)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(diào)整和旋轉(zhuǎn)電路。

　　2. LED前照燈系統(tǒng)電源鎮(zhèn)流器和雙LED驅(qū)動(dòng)器

　　目前，大多數(shù)汽車仍采用鹵素前照燈方案提供遠(yuǎn)光和近光功能，但未來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(yīng)用將快速攀升，5年內(nèi)30%的汽車將配備多種LED前照燈功能。LED照明提供了更時(shí)尚的選擇，可實(shí)現(xiàn)“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(dǎo)體的NCV78663單芯片智能前照燈LED驅(qū)動(dòng)器是將于2011年推出的新器件，它支持遠(yuǎn)光燈、近光燈、日間行駛燈、位置燈、轉(zhuǎn)向燈及霧燈的單模塊控制。借助集成的數(shù)字調(diào)光、可編程串行外設(shè)接口（SPI）設(shè)置及內(nèi)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(qū)動(dòng)器。

　　NCV78663采用降壓/升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只使用少量外部元件即可實(shí)現(xiàn)LED電流調(diào)節(jié)、恒定均流、高效集成降壓開關(guān)（高邊）以及高達(dá)2 A的電流；其擴(kuò)展的診斷功能包括：檢測開路或無法驅(qū)動(dòng)（failing driver）、短路、過電流保護(hù)和單顆LED故障等。此外，該器件還具備熱保護(hù)、通過SPI接口和/或OTP設(shè)置進(jìn)行系統(tǒng)定制、用一個(gè)器件完成多項(xiàng)系統(tǒng)配置、無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(shù)量，總能效高于90％。該器件的評(píng)估板已經(jīng)推出，見圖5。

　　圖5：NCV78663評(píng)估板。

　　3. HID前照燈全功能專用集成電路

　　HID燈的問世改善了前照燈系統(tǒng)的性能。相對(duì)于傳統(tǒng)鹵素?zé)?，HID改善了顯色性，具備低功耗、更長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(zhèn)流器和復(fù)雜的控制電路。

　　安森美半導(dǎo)體HID燈控制系統(tǒng)是一個(gè)采用8位微控制器或?qū)Ｓ脿顟B(tài)機(jī)的混合模擬/數(shù)字解決方案，見圖6。該器件集成了DC/DC控制器，以及豐富的診斷功能（過壓、欠壓、溫度傳感器、壽命計(jì)數(shù)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前照燈全功能專用集成電路。

　　4. 車用LED組合尾燈線性電流穩(wěn)流和控制器

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

　　安森美半導(dǎo)體的NCV7680是一款線性穩(wěn)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，且占位面積比市場上的方案更小。該器件包括8個(gè)線性可編程恒流源，適用于汽車固態(tài)組合尾燈（RCL）的穩(wěn)流和控制，支持高達(dá)每通道75 mA的發(fā)光二極管（LED）驅(qū)動(dòng)電流。

　　NCV7680集成了眾多功能，支持兩個(gè)亮度等級(jí)，一級(jí)用于停車，另一級(jí)用于尾部照明。如果需要，也可使用可選的脈寬調(diào)制（PWM）控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員只需使用一個(gè)外部電阻設(shè)定輸出電流（整體設(shè)定點(diǎn)）。另外，針對(duì)要求大電流的設(shè)計(jì)，可選的外部鎮(zhèn)流器場效應(yīng)晶體管（FET）可以根據(jù)設(shè)計(jì)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電壓狀態(tài)下的驅(qū)動(dòng)電流。這對(duì)于沒有外部FET的低電流應(yīng)用來說十分重要。

　　該器件的典型應(yīng)用包括組合尾燈、日間行車燈（DRL）、霧燈、中央高位剎車燈（CHMSL）陣列、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈和其他外部調(diào)制應(yīng)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，開漏輸出功能的開路LED串診斷，易于發(fā)現(xiàn)故障。

　　圖7：采用外部FET晶體管鎮(zhèn)流器的應(yīng)用電路。