安森美半导体配合汽车照明设计趋势的解决方案

照明是汽车设计关键的差异化因素，在个性化和安全性等方面发挥着越来越重要的作用，而半导体无疑是推动汽车照明创新趋势的关键元件。得益于LED尺寸小、可根据电流改变亮度，从而为工程师提供更多的设计灵活性，以及节能高效等优势，LED车灯有望成为汽车照明的一种潮流。

 

先进LED用于 汽车技术及未来的“造型、安全、燃油能效”

 

LED驱动器在LED照明应用中必不可少，汽车工程师可利用它实现节能、提升安全优势及打造独特漂亮造型的设计需求。LED驱动器在通过调节一个LED或LED串的功率，提供恒定的光输出，也就是说即使功率可能变化，仍然稳定地供电给LED。工程师需根据不同的要求如串联或并联、高功率或低功率以及成本或功能等等，为特定应用选择合适的LED驱动器以尽量提升能效，并为软启动或应急灯等功能提供可调性。

 

在选用LED驱动器时，从设计复杂度、成本、性能等方面来讲，需根据LED总功率、应用的电子环境温度以及改变LED配置的灵活性，选定并设计合适的拓扑结构。例如，开关驱动器比线性驱动器具更高能效、更低功耗，能承受更高的电子环境温度，可用于亮度要求更高的应用；光的亮度调整可使用基准电压控制和脉宽调制控制等多种方法完成；宽工作电源范围可配置电源和可驱动的LED数量。从集成度方面来讲，需根据每一方案支持的特性(如自动调光、个别的LED控制、颜色改变等)及安全和故障诊断标准来判断其更适用于哪一种应用。

 

将来，照明驱动器需具备灵活性：使用相同的平台以缩短设计周期及对系统要求变化作出反应，同时使系统能根据每个LED串扩展，以支持将要上市的不同应用，满足汽车整车厂商的系统要求。在当今豪华车中，我们看到使用组合高压气体放电灯（HID）和LED方案的前照灯系统。展望未来，全LED系统将开始获得增长动力。随着汽车朝向更智能化的方向发展，驱动器将融合更多的功能如先进驾驶辅助系统(ADAS)，工程师须考虑增强故障诊断功能，提升系统可靠性。

 

豪华型照明方案跨越中低档车市

从应用层面来讲，汽车照明分为内部和外部照明。当今汽车内部照明大多采用明亮的白光LED驱动器和RGB红绿蓝可编程驱动器。而外部照明不再仅限于前照灯和尾灯，车身照明(如标识灯和门把手)和外部RGB已经用于豪华车，预期将会渗入中低档汽车。

 

1、当今汽车内部照明——白光

白光LED主要用于顶灯、阅读灯、货舱灯等对亮度要求相对较高的应用，它有别于标准灯泡，可为驾驶员提供温馨舒适的氛围。汽车整车厂商使用白光LED能提供不同的氛围灯选择，从简单用分立的白光LED驱动器控制开/关到更复杂的调光斜率，以产生独特和差异化的造型及效果，如渐关或渐开来产生戏剧效果。安森美半导体为这类应用提供分立的或恒流稳流硅方案。

 

2、当今汽车内部照明——RGB 

RGB和白光LED相辅相成，其发展由进一步令车辆个性化的动力所推动，用作可编程的内部光源，包括仪表盘、中控台、导航/音频等区域照明和氛围灯等特效应用。安森美半导体可提供线性系统基础芯片（SBC）用作此类应用，SBC接口经由LIN总线，提供驱动RGB LED的所有功能。

 

安森美半导体还提供全集成的可寻址LIN RGB单芯片方案NCV7430，使电流控制能通过3颗LED，同时提供全色谱和强度。该器件一个独特的特性是24位真彩色，这模块可通过LIN命令输出1600万种不同颜色，用于车辆防盗等安全特性及创建个性化的内部氛围。该方案比当前市场上由微控制器和LIN-SBC组成的方案节省了电路板空间，而且能使用可选的镇流器控制引脚，以输出更多功率来驱动一个外部低成本BJT晶体管，从而将功耗从IC转移至外部晶体管使热管理更简单。此外，NCV7430单独的LIN节点经由预编程或LIN命令获取地址，使得设计灵活并降低成本。

 

图1. RGB驱动器用于汽车内部照明

 

3、当今汽车尾灯

从过去单个的LED到现在的不透明且均匀的灯排，从动画的信号到扫动的闪光信号灯，驱动器作为汽车尾灯演变的重要部分，除了在造型、形像等汽车外观方面不断创新外，还提升安全系数，并可支持启停压降，和自适应环境光照条件，是满足汽车厂商和政府节能要求的关键。针对此类应用，安森美半导体提供线性稳流器和控制器。

 

图2. 汽车尾灯

 

4、当今汽车前照灯

LED前照灯普遍应用于日间行车灯(DRL)，最常见的两种方案是导光LED和LED串。这些DRL应用不仅向迎面驶来的车辆提供更好的能见度，汽车厂商也依靠LED和LED驱动器的灵活性来个性化他们的车辆，建立特有的“视觉”品牌。

 

用于豪华车的先进前照灯已不仅仅局限于DRL、远光灯和近光灯，汽车厂商还可选择LED转向灯、LED雾灯和高速路面聚光灯等设计，以及采用结合HID和LED方案的前照灯系统，乃至将来的全LED灯。在更具个性、更安全及更高能效的趋势的推动下，考虑令平台模块化，从低成本“入门级近光灯”发展至高端全功能“先进照明系统”，为汽车厂商提供多种创新。

 

图3. 用于豪华车的先进前照灯

 

从成本上来说，先进的照明系统较标准照明系统贵，但可相应减少功能以迎合中低成本汽车。此外，它还具备可扩展性，可根据需要适当扩展以用于各类汽车。

 

进一步的系统发展将添加电机控制的能力。安森美半导体提供双通道LED驱动器、步进电机驱动器用于自适应前大灯系统(AFS)。每辆车可集成多达6个安森美半导体双通道LED驱动器和3个安森美半导体步进电机驱动器。这些系统克服了传统前照灯的不足，可自动调平以减少眩光，以及自动旋转点亮传统前照灯的照明盲区。双通道LED驱动器是集成功率LED的系统级芯片，环境温度可高达125摄氏度，适用于中、高总功率。而步进电机驱动器提供双极步进驱动、微步进、停转检测、LIN、I2C和SPI接口，以及环境温度可高达125摄氏度等特性。

 

特别地，安森美半导体创新的汽车LED前灯照明方案NCV78663，采用功率镇流器和双LED驱动器，提供分段无眩光远光灯，集成智能电子，通过传感器、摄像机和导航控制，令汽车自动适应各种路况，并通过最大化照明区域增强安全性，其最先进的功能是：如果没有即将到来的汽车，车灯会有最大的光输出；但当迎面驶来的汽车靠近，车灯会自动和迎面而来的汽车的特定地点分隔开来，同时打开远光灯模式。汽车越靠近，间隙随着汽车的靠近而扩大。间隙变得更宽，直到那辆汽车驶过，然后回到远光灯模式。该方案支持模块化的设计平台，易于设计且具成本效益。

将来的汽车照明方案

1、“扫动”指示灯

前照灯系统将继续以安全性和能见度作为关键发展动力。经测试，如果汽车配有“扫动”指示灯，那么驾驶员对前方方向检测正确率由普通的72%提升至90%，反应时间提高32%。

 

图4. “扫动”指示灯

 

此外，基于一些地区法规，LED驱动器必须能提供等同于一个白炽灯的完整亮度的光。

 

2、像素/矩阵灯

从电机控制迈向使用像素/矩阵前大灯系统是将来汽车照明的一大重点趋势，它采用系统模块化的平台设计，提供超越当今前照灯方案的众多优势，通过高科技及创新设计提升汽车形像，支持50%至80%甚至更多地使用全静态无眩光远光灯，可根据环境和迎面驶来的汽车调节照明系统，为驾驶员提供在所有情况下的更高能见度，运用LED技术，无移动部件，更安全更可靠。此外，由于具多个空白区域，和可调节的每一像素的发光功率，并可快速切换，可扩展更多功能。

 

图5. 像素/矩阵灯

 

安森美半导体的NCV78247像素/矩阵控制器，能驱动4个LED串、集成调光控制器、内置过压/欠压、过温、短路/开路检测（包括LED旁路开路）、SPI接口、输出故障、输出段可配置、可提供SPI通信和板载微控制器等等（图6）。

 

图6. NCV78247像素/矩阵控制器

 

结语

将来的许多汽车照明方案将基于当前的研发和使用经验，并由半导体行业的硅发展及成本降低趋势所推动。市场将持续需要驱动器组合，支持从最简单的分立器件到使用组合技术的方案，为汽车外型设计提供更多可能，并提升行车安全系数和燃油经济性。添加电机控制能力的系统可根据驾驶环境、速度及车辆负载进行调整，以进一步提升安全水平。为获得特定光区域的高能见度，前大灯系统将由电机控制迈向使用像素或矩阵LED。安森美半导体可提供组成LED AFS像素/矩阵系统的所有半导体元件(微控制器除外)如LED专用标准产品(ASSP)、FET、LDO、整流器、逻辑、齐纳、保护等。随着系统越来越标准化，微控制器将可嵌入到一个专用集成电路(ASIC)，这将支持潜在的安森美半导体单芯片硅方案，帮助工程师简化设计，加快上市时间。