半導體技術如何改變汽車照明硬件設計線路圖

自適應大燈系統|動態尾燈|個性化內飾照明|更亮、定制的水坑燈|透明車窗顯示

汽車照明持續飛速發展。盡管LED光源可提高效率并具有獨特的車輛風格，但原始設備制造商（OEM）現在正在實現新穎且有用的照明用例。在本技術文章中，我想重點介紹幾種半導體技術，他們正在影響大燈、尾燈和內飾照明系統的路線圖。

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自適應大燈系統

自適應前燈系統和自適應遠光大燈系統分別調整近光燈和遠光燈的形狀。盡管歐洲生產汽車都可使用自適應大燈，但美國汽車制造商無法使用這些高級燈。不過，這種情況可能很快就會改變。自適應系統使用大功率LED作為光源，這需要大功率LED驅動器來調節電流，并達到所需亮度。開關LED驅動器必須用于實現高效率，并實現用于熱管理的兩級功率處理拓撲。

第一級是升壓穩壓器。它管理變化較廣的汽車輸入電壓，并創建穩定的中間電源軌。第二級是降壓電流調節器，可用適合動態LED負載的低輸出電容來實現。但是，由于LED驅動器被用作開關穩壓器，因此您將必須應對電磁兼容性（EMC）的挑戰。

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LED驅動器和矩陣管理器功能和選項

考慮到大燈系統的發展速度，設計的靈活性至關重要。在自適應系統中，您可將新型的TPS92682-Q1雙通道、雙相LED控制器用作大燈第一級的恒壓升壓調節器。如果您的路線圖上有靜態大燈，則可將該器件配置為恒流降壓-升壓/升壓/單端初級電感轉換器（SEPIC）LED驅動器。TPS92682-Q1還具有可編程擴頻調制功能，可幫助輕松滿足EMC要求。

對于降壓電流調節器的第二級，另一種器件TPS92520-Q1以小巧的解決方案尺寸提供了高功率密度，這通過具有高達2.2MHz開關頻率和串行外設接口的單片、雙同步降壓恒流LED驅動器實現。除TPS92520-Q1提供的高集成度和功率密度外，其控制架構還提供了真實的平均電流調節，以及動態和矩陣負載兼容性。

雖然TPS92682-Q1和TPS92520-Q1可作為大燈電子控制單元（ECU）的驅動力，在任何大燈系統中都可以找到，但矩陣管理器集成電路負責調節大燈的光束形狀。矩陣管理器位于大燈的像素板上，可精確控制每個像素的強度，以生成不同的光束圖案并照亮整個視野，同時避免迎面而來的眩光。

圖1：自適應大燈系統

由于LED像素板通常通過線束連接到ECU，因此需應對可靠的通信和減小的線束尺寸等挑戰。TPS9266X-Q1提供了一個魯棒而輕巧的通信接口，以及一整套診斷程序，可直接檢測并向ECU報告像素級LED故障。

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大燈ECU參考設計?

DLP?技術功能和選項

基于TI DLP技術的大燈不僅可實現對大燈光束形狀的高分辨率調節；它們還啟用符號投影來協助駕駛員。符號可與駕駛員以及路上其他人員通信。例如，使用大燈繪制道路上汽車計劃路徑的車道標記可幫助駕駛員在危險的駕駛條件下導航，并且還可與要行駛的其他車輛進行通信。DLP5531-Q1芯片組適用于汽車行業標準，已針對大燈應用和當今道路進行了優化。查看DLP自動大燈參考設計。

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電機功能和選項

改變光束的另一種方法是大燈水平調節，其中不管道路的傾斜度或駕駛員是否加速或減速，光束都能照亮道路。將大燈指向道路，尤其可提高夜間駕駛時的視野，從而提高駕駛安全性。雙極步進電機通常用于控制大燈水平。DRV8899-Q1步進電機驅動器不僅具有驅動電機的功率級，還具有失速檢測功能，無需額外的傳感器。?

隨著基于通信技術的照明控制模塊的不斷擴展，德州儀器的控制器局域網（CAN）收發器產品系列（例如TCAN1044-Q1），本地互連網絡（LIN）收發器產品（例如TLIN1029-Q1），和基于系統的芯片（例如TCAN4550-Q1和TLIN14415-Q1）是汽車照明應用的不錯選擇。

動態尾燈

在諸如制動燈和轉向指示燈等尾燈信號功能方面，LED光源正變得越來越通用，現在甚至可涵蓋動態和/或個性化照明消息。

靜態照明

適用于尾燈的汽車兩級（SEPIC+線性）靜態LED驅動器模塊參考設計顯示了兩級LED驅動器。其第一級電壓調壓器通過SEPIC拓撲中配置的LM5155-Q1實現。這種降壓-升壓拓撲結構使燈可在低電池電壓下工作，并在高電池電壓下調低電壓，以便從熱管理角度優化第二級LED驅動器。

動態照明

德州儀器的新型12通道高側LED驅動器TPS929120-Q1專為動態照明應用而開發。該器件使用FlexWire（德州儀器獨有的接口）來實現單獨的像素控制。FlexWire是基于通用異步接收器發送器（UART）的接口，具有自動波特率檢測功能，因此高LED計數系統可獨立調光。完整的診斷和故障安全模式可確保完整LED燈的可靠性。

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數字接口LED驅動模塊參考設計

TPS929120-Q1包括12位脈沖寬度調制（PWM）調光功能，并提供板外支持 —— 適用于可能橫跨車輛整個長度的尾燈實現，如圖1所示。如數字接口LED驅動模塊參考設計所示，TPS929120-Q1可與CAN或LIN通信收發器連接，以提高通信穩定性。

圖2：橫跨車輛長度的尾燈

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其他尾燈趨勢

尾燈正實現將樣式和個性化相結合的新的信號方式。一個示例是滑動轉彎，其中轉向指示燈LED依序而非全部一次點亮，使其看起來好像在滑動轉向指示燈一樣。另一個趨勢是使用尾燈為駕駛員顯示歡迎消息，甚至可為車后駕駛員顯示消息警報。

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個性化內飾照明

駕駛艙內的照明也在發生變化。其中一個變化是采用了大量的LED，以便顯示個人消息（例如歡迎消息），或適應光束照在特定位置（例如移動時照在前排乘客座椅上）。

TLC6C5724-Q1是一款24通道紅綠藍LED驅動器，可獨立控制每個通道，這對于分區應用至關重要。該LED驅動器與前端降壓轉換器（如LMR33630-Q1?或?LMR36015）完美結合，可用于個性化的內飾照明，例如分區圓頂燈或RGB照明。LMR33630-Q1是36V輸入電壓/ 3A輸出電流器件，而LMR36015是60V輸入電壓/1.5A輸出電流器件，最高結溫為150°C。前端降壓型穩壓器改善了解決方案的熱性能，如經EMC測試的適用于車內照明的汽車像素化頂燈參考設計。

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更亮、定制的水坑燈

地面投影的初衷（有時也稱為“水坑燈”或“光毯”）是在車輛附近亮燈，以幫助駕駛員駛入。下一代水坑燈將使用DLP技術實現動態地面投影。該技術不僅可動態更改投影位置，還可動態更改投影內容。此功能可在駕駛員入車之前向他們傳達信息，警告汽車周圍的人員或為汽車制造商提供品牌推廣機會。現在可使用帶有可投射靜態符號（例如徽標）的靜態水坑燈的汽車。

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透明車窗顯示

隨著拼車潮的持續增長，需要開發一種系統來向客戶顯示與共享有關的消息。另外，自動駕駛汽車的趨勢要求汽車與其他車輛和行人通信的方法。

可顯示此類消息的一個空間是車窗。DLP技術可在汽車停車時在車窗上投射信息，并在汽車行駛時保持車窗視野清晰。這種DLP投影儀與專門的屏幕技術相結合，還可在車窗上顯示宣傳廣告。這對于汽車OEM來說具有誘人前景。

有多種類型的屏幕技術可以實現透明車窗顯示，而對于其中許多技術而言，DLP投影儀天然適合照亮屏幕。一種技術是由DLP投影儀內部的405 nm光激發的嵌入在車窗內的發光磷光體薄膜。德州儀器的DLP3034-Q1?和?DLP5534-Q1均支持基于405 nm的照明源。

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結論

整個車輛的照明系統正在實現新的、令人振奮的功能。德州儀器的半導體產品使這些功能和參考設計變得更容易，為您提供更好的設計起點，并縮短上市時間。

?編輯：fqj