全LED前照燈應(yīng)用及高集成度驅(qū)動(dòng)方案

　 　2008年，奧迪R8全球第一次采用全LED前照燈。這全LED前照燈中包含近光燈、遠(yuǎn)光燈、轉(zhuǎn)向燈及日間行車燈等模塊，其中各含不同數(shù)量LED。根據(jù) 研究及咨詢服務(wù)公司SNE Research的數(shù)據(jù)，2013年全球汽車市場LED前照燈的滲透率不足5%，但預(yù)計(jì)到2020年這一比例將超過50%，可見增長前景十分可觀。

　 　但全LED前照燈對(duì)驅(qū)動(dòng)方案提出更高要求，要求高能效集成驅(qū)動(dòng)器，支持從單個(gè)LED到多串LED等不同配置（電壓可高達(dá)60 V），還要求脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)光，如用于示廓燈。全LED前照燈還要求LED串低EMC輻射，且對(duì)散熱、診斷及通信接口等多方面提出了要求。

　　圖1：安森美半導(dǎo)體單芯片智能前照燈LED驅(qū)動(dòng)器NCV78663應(yīng)用電路圖。

　 　安森美半導(dǎo)體配合全LED前照燈驅(qū)動(dòng)需求，推出了NCV78663單芯片高能效智能電源鎮(zhèn)流器及雙LED驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC），用于先進(jìn)的LED 前照燈系統(tǒng)。NCV78663采用降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠提供高于90%的總能效，是一款高集成度方案，使設(shè)計(jì)人員能夠以單顆SoC控制遠(yuǎn)光燈及近光 燈、日間行車燈、轉(zhuǎn)向指示燈及霧燈。NCV78663極適合于驅(qū)動(dòng)大電流LED（電流可達(dá)2 A），支持PWM調(diào)光以維持LED色溫及平均電流受控。NCV78663通過兩個(gè)內(nèi)置獨(dú)立降壓開關(guān)通道，以極少數(shù)量的外部元件，提供驅(qū)動(dòng)電壓達(dá)60 V的兩串LED的完整驅(qū)動(dòng)方案。每個(gè)通道可以根據(jù)應(yīng)用要求來通過SPI接口和/或OTP設(shè)置來定制輸出電流和電壓。這器件在片上提供汽車前照燈診斷功能， 還集成了升壓控制器，為設(shè)計(jì)人員提供外部元件數(shù)量有限的獨(dú)特輸入電流濾波器。NCV78663既能獨(dú)立使用，也可以與微控制器結(jié)合使用，靈活性極高。這方 案源自電池的EMC較低，輻射至LED串的EMC也較低。

　　安森美半導(dǎo)體的NCV78663全LED前照燈驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)獲得奔馳E系列的采用，每輛車在其先進(jìn)前照燈系統(tǒng)中使用多達(dá)6顆NCV78663，還使用多達(dá)3顆的安森美半導(dǎo)體NCV70522步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

　　安森美半導(dǎo)體最新矩陣式動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈方案

　　近年來，市場上出現(xiàn)了矩陣式動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈，如奔馳新一代S級(jí)汽車中配備的智能型LED前照燈。此前照燈系統(tǒng)內(nèi)包含56顆LED，每個(gè)LED能夠分別點(diǎn)亮、熄滅或是調(diào)整亮度。此燈的獨(dú)特功能如下：

　　· 防對(duì)向車輛炫目：LED根據(jù)前雷達(dá)和立體攝像機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)亮、熄滅或者是調(diào)整亮度動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整照射范圍，保證自己視線的同時(shí)，避免造成對(duì)方車輛炫目。

　　· 繞開前方車輛輪廓：遇到前方同方向行駛車輛時(shí)，可繞開前車輪廓，同時(shí)完全照亮前車左側(cè)和右側(cè)區(qū)域。因此夜間行車時(shí)可一直開啟遠(yuǎn)光燈，大幅提升行車安全性。

　　· 遇行人快速閃爍：智能頭燈可以識(shí)別出前方行人，用大燈自動(dòng)快速閃爍，以提醒行人避開危險(xiǎn)，降低夜間意外的可能。

　　圖2：動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈之獨(dú)特功能示意。

　 　這樣的矩陣式動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈可以采用串聯(lián)或并聯(lián)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，各顆LED在電氣特性方面的差異對(duì)照明系統(tǒng)的性能有顯著影響，造成能 耗增加及散熱問題。串聯(lián)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中，LED驅(qū)動(dòng)器提供恒流源，短路開關(guān)可以關(guān)閉單個(gè)LED，從而能夠根據(jù)需要來改變光束。如果在串聯(lián)驅(qū)動(dòng)電路中增加伴侶芯 片（像素控制器），透過系統(tǒng)劃分，這樣就有可能避免并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所固有的能耗及熱管理問題。

　　圖3a：安森美半導(dǎo)體矩陣式汽車LED前照燈方案示意圖。

　　圖3b：安森美半導(dǎo)體矩陣式汽車LED前照燈方案示意圖（續(xù)）。

　　安森美半導(dǎo)體的NCV78763降壓-升壓LED驅(qū)動(dòng)IC在這矩陣式動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈中充當(dāng)電流源，它與集成型像素控制器/伴侶芯片相輔相成。這種模塊化方法減少了元件數(shù)量，并簡化應(yīng)用流程，因而加速產(chǎn)品上市。

　　總結(jié)：

　 　本文介紹LED在汽車照明中的各種應(yīng)用，分析LED的應(yīng)用優(yōu)勢，特別是如今越來越受到重視的幫助提升汽車主動(dòng)安全性能方面的優(yōu)勢，概覽典型汽車照明應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器方案，重點(diǎn)介紹配合最新全LED汽車前照燈要求的安森美半導(dǎo)體NCV78663高集成度LED驅(qū)動(dòng)器方案，特別是它在最新矩陣式智能動(dòng)態(tài) LED前照燈系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　尾燈方案

　 　現(xiàn)在汽車組合尾燈（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 是用于汽車LED組合尾燈的線性穩(wěn)流器及控制器，具有驅(qū)動(dòng)LED串恒流輸出、LED串開路診斷（帶開漏極輸出）、消除EMI顧慮的歪曲率控制功能、片上1 kHz尾沿PWM調(diào)光、過壓及過溫時(shí)降低輸出功率等特性。

　　汽車電池系統(tǒng)電壓波動(dòng)范圍大，在低電壓條件下提供恒定LED光輸出是關(guān)鍵特 性。NCV7680包含8個(gè)線性可編程恒流源。采用NCV7680的系統(tǒng)可支持兩個(gè)亮度等級(jí)，一個(gè)用于剎車燈，一個(gè)用于尾燈；也可以采用可選的PWM控制 （首選的LED調(diào)光方法）。PWM發(fā)生器的固定頻率可提供無閃爍的照明。可選的外部鎮(zhèn)流器FET允許在要求大電流的設(shè)計(jì)中分配功率。

　　圖5：有外部FET鎮(zhèn)流器晶體管的應(yīng)用圖

　 　為配合常見的LED串組合尾燈配置，NCV7680提供8路匹配輸出，用于單獨(dú)驅(qū)動(dòng)各串，而電流由單顆電阻設(shè)定。單獨(dú)驅(qū)動(dòng)各可串確保不同串之間的電流分 配均衡。NCV7680可以單獨(dú)使用，也可以與其它一些支持電路一起組成更復(fù)雜系統(tǒng)。該器件適用于組合尾燈、日間行車燈（DRL）、霧燈、中央高位剎車燈 （CHMSL）陣列、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈及其他外部調(diào)制應(yīng)用、液晶顯示器（LCD）背光、照明模塊等。

　　汽車內(nèi)部及外部照明方案

　　1）內(nèi)部RGB LED照明方案

　 　本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）總線是一種用于當(dāng)今汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的低成本串行通信協(xié)議。NCV7430 LIN RGB LED驅(qū)動(dòng)器結(jié)合了LIN收發(fā)器與RGB LED驅(qū)動(dòng)器及存儲(chǔ)器，適用于汽車內(nèi)部照明。這款單芯片RGB驅(qū)動(dòng)器可監(jiān)視汽車內(nèi)部照明中的專用多色彩LED應(yīng)用。

　　NCV7430包含 LIN接口（從器件），用于LED色彩及光強(qiáng)度參數(shù)設(shè)定。該器件通過LIN總線接收指令，隨后獨(dú)立驅(qū)動(dòng)LED。NCV7430在 LIN總線上用作從器件，而主器件可以通過總線讀取特定狀態(tài)信息（參數(shù)值及錯(cuò)誤標(biāo)志）。NCV7430的LIN地址可通過器件內(nèi)部存儲(chǔ)器編程固化。

　　圖6：汽車內(nèi)部照明方案

　　NCV7430的特性還包括保護(hù)及診斷過流檢測（對(duì)地及VBB短路檢測、LED開路檢測、高溫警示及關(guān)閉和檢測到錯(cuò)誤時(shí)重試模式）；省電（休眠模式供電電流20 mA、兼容14 V汽車系統(tǒng)）；以及EMI兼容性（LIN總線集成斜坡控制、LED調(diào)制模式降低EMC）。

　　2）外部及內(nèi)部照明恒流穩(wěn)流器（CCR）方案

　 　雙端線性恒流穩(wěn)流器（CCR）是簡單、經(jīng)濟(jì)及強(qiáng)固的器件，為成本敏感的LED應(yīng)用提供有效的穩(wěn)流方案，適用于汽車外部照明，如中央高位剎車燈 （CHMSL），以及內(nèi)部照明，如座艙燈、化妝鏡燈、手套箱。該器件不要求外部元件，可用作高邊或低邊穩(wěn)流器，在寬輸入電壓范圍下對(duì)輸出電流進(jìn)行穩(wěn)流，其 設(shè)計(jì)帶有負(fù)溫度系數(shù)特性，用于保護(hù)LED在極端電壓及工作條件下免受熱失控影響。

　　型號(hào)為NSI45xxx、NSI50xxx、 NSIC20xx、NSI45xxxJ和NSI50150AD的器件的穩(wěn)流電流可在寬電壓范圍內(nèi)提供恒定亮度；負(fù)溫度系數(shù)在高環(huán)境溫度條件下可保護(hù) LED；提供多種最大電壓版本（45 V、50 V及120 V），可承受電池電壓突降。

　　圖7：汽車外部及內(nèi)部照明的恒流穩(wěn)流器

　 　除以上方案，安森美半導(dǎo)體還提供其它LED驅(qū)動(dòng)方案。緊湊型350 mA降壓LED驅(qū)動(dòng)器CAV4201和CAT4201采用專利的平均電流穩(wěn)流架構(gòu)，可用24 V電源驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的多達(dá)7顆LED，處理達(dá)40 V的瞬態(tài)電壓，能效高于94%；還具有限流及過熱保護(hù)、LED開路保護(hù)功能。其汽車版本CAV4201通過了AEC-Q100認(rèn)證。另一款用于高亮度 LED的多拓?fù)浜懔鏖_關(guān)穩(wěn)壓器NCV3065，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)1.5 A，采用外部開關(guān)提升能效，支持PWM及模擬調(diào)光，可承受達(dá)40 V瞬態(tài)電壓。

　　總結(jié)

　　安森美半導(dǎo)體運(yùn)用低壓及高壓技術(shù)及電源管理方案方面的專知和技術(shù)，以及先進(jìn) 汽車工藝技術(shù)為汽車照明應(yīng)用提供各種先進(jìn)解決方案。所有這些集成電路均符合汽車可靠性和溫度等規(guī)范及環(huán)保要求，同時(shí)能夠滿足人們對(duì)車內(nèi)照明控制、前照燈、 后組合燈、霧燈、示廓燈，尤其是新光源等方面越來越高的要求，在為駕駛者帶來舒適性和樂趣，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。