2019年11月26日 | 技术文章—半导体技术促进汽车照明系统升级

汽车照明持续飞速发展。尽管LED光源可提高效率并具有独特的车辆风格，但原始设备制造商（OEM）现在正在实现新颖且有用的照明用例。在本技术文章中，我想重点介绍几种半导体技术，他们正在影响大灯、尾灯和内饰照明系统的路线图。

自适应大灯系统

自适应前灯系统和自适应远光大灯系统分别调整近光灯和远光灯的形状。尽管欧洲生产汽车都可使用自适应大灯，但美国汽车制造商无法使用这些高级灯。不过，这种情况可能很快就会改变。自适应系统使用大功率LED作为光源，这需要大功率LED驱动器来调节电流，并达到所需亮度。开关LED驱动器必须用于实现高效率，并实现用于热管理的两级功率处理拓扑。

第一级是升压稳压器。它管理变化较广的汽车输入电压，并创建稳定的中间电源轨。第二级是降压电流调节器，可用适合动态LED负载的低输出电容来实现。但是，由于LED驱动器被用作开关稳压器，因此您将必须应对电磁兼容性（EMC）的挑战。

LED驱动器和矩阵管理器功能和选项

考虑到大灯系统的发展速度，设计的灵活性至关重要。在自适应系统中，您可将新型的TPS92682-Q1双通道、双相LED控制器用作大灯第一级的恒压升压调节器。如果您的路线图上有静态大灯，则可将该器件配置为恒流降压-升压/升压/单端初级电感转换器（SEPIC）LED驱动器。TPS92682-Q1还具有可编程扩频调制功能，可帮助轻松满足EMC要求。

对于降压电流调节器的第二级，另一种器件TPS92520-Q1以小巧的解决方案尺寸提供了高功率密度，这通过具有高达2.2MHz开关频率和串行外设接口的单片、双同步降压恒流LED驱动器实现。除TPS92520-Q1提供的高集成度和功率密度外，其控制架构还提供了真实的平均电流调节，以及动态和矩阵负载兼容性。

虽然TPS92682-Q1和TPS92520-Q1可作为大灯电子控制单元（ECU）的驱动力，在任何大灯系统中都可以找到，但矩阵管理器集成电路负责调节大灯的光束形状。矩阵管理器位于大灯的像素板上，可精确控制每个像素的强度，以生成不同的光束图案并照亮整个视野，同时避免迎面而来的眩光。

 图1：自适应大灯系统

由于LED像素板通常通过线束连接到ECU，因此需应对可靠的通信和减小的线束尺寸等挑战。TPS9266X-Q1提供了一个鲁棒而轻巧的通信接口，以及一整套诊断程序，可直接检测并向ECU报告像素级LED故障。

大灯ECU参考设计 

DLP®技术功能和选项

基于TI DLP技术的大灯不仅可实现对大灯光束形状的高分辨率调节；它们还启用符号投影来协助驾驶员。符号可与驾驶员以及路上其他人员通信。例如，使用大灯绘制道路上汽车计划路径的车道标记可帮助驾驶员在危险的驾驶条件下导航，并且还可与要行驶的其他车辆进行通信。DLP5531-Q1芯片组适用于汽车行业标准，已针对大灯应用和当今道路进行了优化。

电机功能和选项

改变光束的另一种方法是大灯水平调节，其中不管道路的倾斜度或驾驶员是否加速或减速，光束都能照亮道路。将大灯指向道路，尤其可提高夜间驾驶时的视野，从而提高驾驶安全性。双极步进电机通常用于控制大灯水平。DRV8899-Q1步进电机驱动器不仅具有驱动电机的功率级，还具有失速检测功能，无需额外的传感器。 

随着基于通信技术的照明控制模块的不断扩展，德州仪器的控制器局域网（CAN）收发器产品系列（例如TCAN1044-Q1），本地互连网络（LIN）收发器产品（例如TLIN1029-Q1），和基于系统的芯片（例如TCAN4550-Q1和TLIN14415-Q1）是汽车照明应用的不错选择。

动态尾灯

在诸如制动灯和转向指示灯等尾灯信号功能方面，LED光源正变得越来越通用，现在甚至可涵盖动态和/或个性化照明消息。

静态照明

适用于尾灯的汽车两级（SEPIC+线性）静态LED驱动器模块参考设计显示了两级LED驱动器。其第一级电压调压器通过SEPIC拓扑中配置的LM5155-Q1实现。这种降压-升压拓扑结构使灯可在低电池电压下工作，并在高电池电压下调低电压，以便从热管理角度优化第二级LED驱动器。

动态照明

德州仪器的新型12通道高侧LED驱动器TPS929120-Q1专为动态照明应用而开发。该器件使用FlexWire（德州仪器独有的接口）来实现单独的像素控制。FlexWire是基于通用异步接收器发送器（UART）的接口，具有自动波特率检测功能，因此高LED计数系统可独立调光。完整的诊断和故障安全模式可确保完整LED灯的可靠性。

TPS929120-Q1包括12位脉冲宽度调制（PWM）调光功能，并提供板外支持 —— 适用于可能横跨车辆整个长度的尾灯实现，如图1所示。如数字接口LED驱动模块参考设计所示，TPS929120-Q1可与CAN或LIN通信收发器连接，以提高通信稳定性。

图2：横跨车辆长度的尾灯

其他尾灯趋势

尾灯正实现将样式和个性化相结合的新的信号方式。一个示例是滑动转弯，其中转向指示灯LED依序而非全部一次点亮，使其看起来好像在滑动转向指示灯一样。另一个趋势是使用尾灯为驾驶员显示欢迎消息，甚至可为车后驾驶员显示消息警报。

个性化内饰照明

驾驶舱内的照明也在发生变化。其中一个变化是采用了大量的LED，以便显示个人消息（例如欢迎消息），或适应光束照在特定位置（例如移动时照在前排乘客座椅上）。

TLC6C5724-Q1是一款24通道红绿蓝LED驱动器，可独立控制每个通道，这对于分区应用至关重要。该LED驱动器与前端降压转换器（如LMR33630-Q1 或 LMR36015）完美结合，可用于个性化的内饰照明，例如分区圆顶灯或RGB照明。LMR33630-Q1是36V输入电压/ 3A输出电流器件，而LMR36015是60V输入电压/1.5A输出电流器件，最高结温为150°C。前端降压型稳压器改善了解决方案的热性能，如经EMC测试的适用于车内照明的汽车像素化顶灯参考设计。

更亮、可定制照明的小灯

地面投影的初衷是在车辆附近亮灯，以帮助驾驶员驶入。下一代小灯将使用DLP技术实现动态地面投影。该技术不仅可动态更改投影位置，还可动态更改投影内容。此功能可在驾驶员入车之前向他们传达信息，警告汽车周围的人员或为汽车制造商提供品牌推广机会。现在可使用带有可投射静态符号（例如徽标）的静态小灯的汽车。

透明车窗显示

随着拼车潮的持续增长，需要开发一种系统来向客户显示与共享有关的消息。另外，自动驾驶汽车的趋势要求汽车与其他车辆和行人通信的方法。

可显示此类消息的一个空间是车窗。DLP技术可在汽车停车时在车窗上投射信息，并在汽车行驶时保持车窗视野清晰。这种DLP投影仪与专门的屏幕技术相结合，还可在车窗上显示宣传广告。这对于汽车OEM来说具有诱人前景。

有多种类型的屏幕技术可以实现透明车窗显示，而对于其中许多技术而言，DLP投影仪天然适合照亮屏幕。一种技术是由DLP投影仪内部的405 nm光激发的嵌入在车窗内的发光磷光体薄膜。德州仪器的DLP3034-Q1 和 DLP5534-Q1均支持基于405 nm的照明源。

结论

整个车辆的照明系统正在实现新的、令人振奋的功能。德州仪器的半导体产品使这些功能和参考设计变得更容易，为您提供更好的设计起点，并缩短上市时间。