安森美半導體配合汽車照明設計趨勢的解決方案

安森美半導體配合汽車照明設計趨勢的解決方案

照明是汽車設計關鍵的差異化因素，在個性化和安全性等方面發(fā)揮著越來越重要的作用，而半導體無疑是推動汽車照明創(chuàng)新趨勢的關鍵元件。得益于LED尺寸小、可根據(jù)電流改變亮度，從而為工程師提供更多的設計靈活性，以及節(jié)能高效等優(yōu)勢，LED車燈有望成為汽車照明的一種潮流。

先進LED用于 汽車技術及未來的“造型、安全、燃油能效”

LED驅(qū)動器在LED照明應用中必不可少，汽車工程師可利用它實現(xiàn)節(jié)能、提升安全優(yōu)勢及打造獨特漂亮造型的設計需求。LED驅(qū)動器在通過調(diào)節(jié)一個LED或LED串的功率，提供恒定的光輸出，也就是說即使功率可能變化，仍然穩(wěn)定地供電給LED。工程師需根據(jù)不同的要求如串聯(lián)或并聯(lián)、高功率或低功率以及成本或功能等等，為特定應用選擇合適的LED驅(qū)動器以盡量提升能效，并為軟啟動或應急燈等功能提供可調(diào)性。

在選用LED驅(qū)動器時，從設計復雜度、成本、性能等方面來講，需根據(jù)LED總功率、應用的電子環(huán)境溫度以及改變LED配置的靈活性，選定并設計合適的拓撲結構。例如，開關驅(qū)動器比線性驅(qū)動器具更高能效、更低功耗，能承受更高的電子環(huán)境溫度，可用于亮度要求更高的應用；光的亮度調(diào)整可使用基準電壓控制和脈寬調(diào)制控制等多種方法完成；寬工作電源范圍可配置電源和可驅(qū)動的LED數(shù)量。從集成度方面來講，需根據(jù)每一方案支持的特性(如自動調(diào)光、個別的LED控制、顏色改變等)及安全和故障診斷標準來判斷其更適用于哪一種應用。

將來，照明驅(qū)動器需具備靈活性：使用相同的平臺以縮短設計周期及對系統(tǒng)要求變化作出反應，同時使系統(tǒng)能根據(jù)每個LED串擴展，以支持將要上市的不同應用，滿足汽車整車廠商的系統(tǒng)要求。在當今豪華車中，我們看到使用組合高壓氣體放電燈（HID）和LED方案的前照燈系統(tǒng)。展望未來，全LED系統(tǒng)將開始獲得增長動力。隨著汽車朝向更智能化的方向發(fā)展，驅(qū)動器將融合更多的功能如先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)，工程師須考慮增強故障診斷功能，提升系統(tǒng)可靠性。

豪華型照明方案跨越中低檔車市

從應用層面來講，汽車照明分為內(nèi)部和外部照明。當今汽車內(nèi)部照明大多采用明亮的白光LED驅(qū)動器和RGB紅綠藍可編程驅(qū)動器。而外部照明不再僅限于前照燈和尾燈，車身照明(如標識燈和門把手)和外部RGB已經(jīng)用于豪華車，預期將會滲入中低檔汽車。

1、當今汽車內(nèi)部照明——白光

白光LED主要用于頂燈、閱讀燈、貨艙燈等對亮度要求相對較高的應用，它有別于標準燈泡，可為駕駛員提供溫馨舒適的氛圍。汽車整車廠商使用白光LED能提供不同的氛圍燈選擇，從簡單用分立的白光LED驅(qū)動器控制開/關到更復雜的調(diào)光斜率，以產(chǎn)生獨特和差異化的造型及效果，如漸關或漸開來產(chǎn)生戲劇效果。安森美半導體為這類應用提供分立的或恒流穩(wěn)流硅方案。

2、當今汽車內(nèi)部照明——RGB

RGB和白光LED相輔相成，其發(fā)展由進一步令車輛個性化的動力所推動，用作可編程的內(nèi)部光源，包括儀表盤、中控臺、導航/音頻等區(qū)域照明和氛圍燈等特效應用。安森美半導體可提供線性系統(tǒng)基礎芯片（SBC）用作此類應用，SBC接口經(jīng)由LIN總線，提供驅(qū)動RGB LED的所有功能。

安森美半導體還提供全集成的可尋址LIN RGB單芯片方案NCV7430，使電流控制能通過3顆LED，同時提供全色譜和強度。該器件一個獨特的特性是24位真彩色，這模塊可通過LIN命令輸出1600萬種不同顏色，用于車輛防盜等安全特性及創(chuàng)建個性化的內(nèi)部氛圍。該方案比當前市場上由微控制器和LIN-SBC組成的方案節(jié)省了電路板空間，而且能使用可選的鎮(zhèn)流器控制引腳，以輸出更多功率來驅(qū)動一個外部低成本BJT晶體管，從而將功耗從IC轉(zhuǎn)移至外部晶體管使熱管理更簡單。此外，NCV7430單獨的LIN節(jié)點經(jīng)由預編程或LIN命令獲取地址，使得設計靈活并降低成本。

圖1. RGB驅(qū)動器用于汽車內(nèi)部照明

3、當今汽車尾燈

從過去單個的LED到現(xiàn)在的不透明且均勻的燈排，從動畫的信號到掃動的閃光信號燈，驅(qū)動器作為汽車尾燈演變的重要部分，除了在造型、形像等汽車外觀方面不斷創(chuàng)新外，還提升安全系數(shù)，并可支持啟停壓降，和自適應環(huán)境光照條件，是滿足汽車廠商和政府節(jié)能要求的關鍵。針對此類應用，安森美半導體提供線性穩(wěn)流器和控制器。

圖2. 汽車尾燈

4、當今汽車前照燈

LED前照燈普遍應用于日間行車燈(DRL)，最常見的兩種方案是導光LED和LED串。這些DRL應用不僅向迎面駛來的車輛提供更好的能見度， 汽車廠商也依靠LED和LED驅(qū)動器的靈活性來個性化他們的車輛，建立特有的“視覺”品牌。

用于豪華車的先進前照燈已不僅僅局限于DRL、遠光燈和近光燈，汽車廠商還可選擇LED轉(zhuǎn)向燈、LED霧燈和高速路面聚光燈等設計，以及采用結合HID和LED方案的前照燈系統(tǒng)，乃至將來的全LED燈。在更具個性、更安全及更高能效的趨勢的推動下，考慮令平臺模塊化，從低成本“入門級近光燈”發(fā)展至高端全功能“先進照明系統(tǒng)”，為汽車廠商提供多種創(chuàng)新。

圖3. 用于豪華車的先進前照燈

從成本上來說，先進的照明系統(tǒng)較標準照明系統(tǒng)貴，但可相應減少功能以迎合中低成本汽車。此外，它還具備可擴展性，可根據(jù)需要適當擴展以用于各類汽車。

進一步的系統(tǒng)發(fā)展將添加電機控制的能力。安森美半導體提供雙通道LED驅(qū)動器、步進電機驅(qū)動器用于自適應前大燈系統(tǒng)(AFS)。每輛車可集成多達6個安森美半導體雙通道LED驅(qū)動器和3個安森美半導體步進電機驅(qū)動器。這些系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)前照燈的不足，可自動調(diào)平以減少眩光，以及自動旋轉(zhuǎn)點亮傳統(tǒng)前照燈的照明盲區(qū)。雙通道LED驅(qū)動器是集成功率LED的系統(tǒng)級芯片，環(huán)境溫度可高達125攝氏度，適用于中、高總功率。而步進電機驅(qū)動器提供雙極步進驅(qū)動、微步進、停轉(zhuǎn)檢測、LIN、I2C和SPI接口，以及環(huán)境溫度可高達125攝氏度等特性。

特別地，安森美半導體創(chuàng)新的汽車LED前燈照明方案NCV78663，采用功率鎮(zhèn)流器和雙LED驅(qū)動器，提供分段無眩光遠光燈，集成智能電子，通過傳感器、攝像機和導航控制，令汽車自動適應各種路況，并通過最大化照明區(qū)域增強安全性，其最先進的功能是：如果沒有即將到來的汽車，車燈會有最大的光輸出；但當迎面駛來的汽車靠近，車燈會自動和迎面而來的汽車的特定地點分隔開來，同時打開遠光燈模式。汽車越靠近，間隙隨著汽車的靠近而擴大。間隙變得更寬，直到那輛汽車駛過，然后回到遠光燈模式。該方案支持模塊化的設計平臺，易于設計且具成本效益。

將來的汽車照明方案

1、“掃動”指示燈

前照燈系統(tǒng)將繼續(xù)以安全性和能見度作為關鍵發(fā)展動力。經(jīng)測試，如果汽車配有“掃動” 指示燈，那么駕駛員對前方方向檢測正確率由普通的72%提升至90%，反應時間提高32%。

圖4. “掃動”指示燈

此外，基于一些地區(qū)法規(guī)，LED驅(qū)動器必須能提供等同于一個白熾燈的完整亮度的光。

2、像素/矩陣燈

從電機控制邁向使用像素/矩陣前大燈系統(tǒng)是將來汽車照明的一大重點趨勢，它采用系統(tǒng)模塊化的平臺設計，提供超越當今前照燈方案的眾多優(yōu)勢，通過高科技及創(chuàng)新設計提升汽車形像，支持50%至80%甚至更多地使用全靜態(tài)無眩光遠光燈，可根據(jù)環(huán)境和迎面駛來的汽車調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)，為駕駛員提供在所有情況下的更高能見度，運用LED技術，無移動部件，更安全更可靠。此外，由于具多個空白區(qū)域，和可調(diào)節(jié)的每一像素的發(fā)光功率，并可快速切換，可擴展更多功能。

圖5. 像素/矩陣燈

安森美半導體的NCV78247像素/矩陣控制器，能驅(qū)動4個LED串、集成調(diào)光控制器、內(nèi)置過壓/欠壓、過溫、短路/開路檢測（包括LED旁路開路）、SPI接口、輸出故障、輸出段可配置、可提供SPI通信和板載微控制器等等（圖6）。

圖6. NCV78247像素/矩陣控制器

結語

將來的許多汽車照明方案將基于當前的研發(fā)和使用經(jīng)驗，并由半導體行業(yè)的硅發(fā)展及成本降低趨勢所推動。市場將持續(xù)需要驅(qū)動器組合，支持從最簡單的分立器件到使用組合技術的方案，為汽車外型設計提供更多可能，并提升行車安全系數(shù)和燃油經(jīng)濟性。添加電機控制能力的系統(tǒng)可根據(jù)駕駛環(huán)境、速度及車輛負載進行調(diào)整，以進一步提升安全水平。為獲得特定光區(qū)域的高能見度，前大燈系統(tǒng)將由電機控制邁向使用像素或矩陣LED。安森美半導體可提供組成LED AFS像素/矩陣系統(tǒng)的所有半導體元件(微控制器除外)如LED專用標準產(chǎn)品(ASSP)、FET、LDO、整流器、邏輯、齊納、保護等。隨著系統(tǒng)越來越標準化，微控制器將可嵌入到一個專用集成電路(ASIC)，這將支持潛在的安森美半導體單芯片硅方案，幫助工程師簡化設計，加快上市時間。

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