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照明是汽車設(shè)計(jì)關(guān)鍵的差異化因素，在個(gè)性化和安全性等方面發(fā)揮著越來越重要的作用，而半導(dǎo)體無疑是推動(dòng)汽車照明創(chuàng)新趨勢(shì)的關(guān)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(shè)計(jì)靈活性，以及節(jié)能高效等優(yōu)勢(shì)，LED車燈有望成為汽車照明的一種潮流。

先進(jìn)LED用于 汽車技術(shù)及未來的“造型、安全、燃油能效”

LED驅(qū)動(dòng)器在LED照明應(yīng)用中必不可少，汽車工程師可利用它實(shí)現(xiàn)節(jié)能、提升安全優(yōu)勢(shì)及打造獨(dú)特漂亮造型的設(shè)計(jì)需求。LED驅(qū)動(dòng)器在通過調(diào)節(jié)一個(gè)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(yīng)用選擇合適的LED驅(qū)動(dòng)器以盡量提升能效，并為軟啟動(dòng)或應(yīng)急燈等功能提供可調(diào)性。

在選用LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)，從設(shè)計(jì)復(fù)雜度、成本、性能等方面來講，需根據(jù)LED總功率、應(yīng)用的電子環(huán)境溫度以及改變LED配置的靈活性，選定并設(shè)計(jì)合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。例如，開關(guān)驅(qū)動(dòng)器比線性驅(qū)動(dòng)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(yīng)用;光的亮度調(diào)整可使用基準(zhǔn)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(dòng)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(dòng)調(diào)光、個(gè)別的LED控制、顏色改變等)及安全和故障診斷標(biāo)準(zhǔn)來判斷其更適用于哪一種應(yīng)用。

將來，照明驅(qū)動(dòng)器需具備靈活性：使用相同的平臺(tái)以縮短設(shè)計(jì)周期及對(duì)系統(tǒng)要求變化作出反應(yīng)，同時(shí)使系統(tǒng)能根據(jù)每個(gè)LED串?dāng)U展，以支持將要上市的不同應(yīng)用，滿足汽車整車廠商的系統(tǒng)要求。在當(dāng)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(zhǎng)動(dòng)力。隨著汽車朝向更智能化的方向發(fā)展，驅(qū)動(dòng)器將融合更多的功能如先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)，工程師須考慮增強(qiáng)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(yīng)用層面來講，汽車照明分為內(nèi)部和外部照明。當(dāng)今汽車內(nèi)部照明大多采用明亮的白光LED驅(qū)動(dòng)器和RGB紅綠藍(lán)可編程驅(qū)動(dòng)器。而外部照明不再僅限于前照燈和尾燈，車身照明(如標(biāo)識(shí)燈和門把手)和外部RGB已經(jīng)用于豪華車，預(yù)期將會(huì)滲入中低檔汽車。

1、當(dāng)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(duì)亮度要求相對(duì)較高的應(yīng)用，它有別于標(biāo)準(zhǔn)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(jiǎn)單用分立的白光LED驅(qū)動(dòng)器控制開/關(guān)到更復(fù)雜的調(diào)光斜率，以產(chǎn)生獨(dú)特和差異化的造型及效果，如漸關(guān)或漸開來產(chǎn)生戲劇效果。安森美半導(dǎo)體為這類應(yīng)用提供分立的或恒流穩(wěn)流硅方案。

2、當(dāng)今汽車內(nèi)部照明——RGB

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

安森美半導(dǎo)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(shí)提供全色譜和強(qiáng)度。該器件一個(gè)獨(dú)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(gè)性化的內(nèi)部氛圍。該方案比當(dāng)前市場(chǎng)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(dòng)一個(gè)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(jiǎn)單。此外，NCV7430單獨(dú)的LIN節(jié)點(diǎn)經(jīng)由預(yù)編程或LIN命令獲取地址，使得設(shè)計(jì)靈活并降低成本。

圖1. RGB驅(qū)動(dòng)器用于汽車內(nèi)部照明

3、當(dāng)今汽車尾燈

從過去單個(gè)的LED到現(xiàn)在的不透明且均勻的燈排，從動(dòng)畫的信號(hào)到掃動(dòng)的閃光信號(hào)燈，驅(qū)動(dòng)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(yīng)環(huán)境光照條件，是滿足汽車廠商和政府節(jié)能要求的關(guān)鍵。針對(duì)此類應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體提供線性穩(wěn)流器和控制器。

圖2. 汽車尾燈

4、當(dāng)今汽車前照燈

LED前照燈普遍應(yīng)用于日間行車燈(DRL)，最常見的兩種方案是導(dǎo)光LED和LED串。這些DRL應(yīng)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(dòng)器的靈活性來個(gè)性化他們的車輛，建立特有的“視覺”品牌。

用于豪華車的先進(jìn)前照燈已不僅僅局限于DRL、遠(yuǎn)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(shè)計(jì)，以及采用結(jié)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(gè)性、更安全及更高能效的趨勢(shì)的推動(dòng)下，考慮令平臺(tái)模塊化，從低成本“入門級(jí)近光燈”發(fā)展至高端全功能“先進(jìn)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(jìn)前照燈

從成本上來說，先進(jìn)的照明系統(tǒng)較標(biāo)準(zhǔn)照明系統(tǒng)貴，但可相應(yīng)減少功能以迎合中低成本汽車。此外，它還具備可擴(kuò)展性，可根據(jù)需要適當(dāng)擴(kuò)展以用于各類汽車。

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

特別地，安森美半導(dǎo)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(dòng)器，提供分段無眩光遠(yuǎn)光燈，集成智能電子，通過傳感器、攝像機(jī)和導(dǎo)航控制，令汽車自動(dòng)適應(yīng)各種路況，并通過最大化照明區(qū)域增強(qiáng)安全性，其最先進(jìn)的功能是：如果沒有即將到來的汽車，車燈會(huì)有最大的光輸出;但當(dāng)迎面駛來的汽車靠近，車燈會(huì)自動(dòng)和迎面而來的汽車的特定地點(diǎn)分隔開來，同時(shí)打開遠(yuǎn)光燈模式。汽車越靠近，間隙隨著汽車的靠近而擴(kuò)大。間隙變得更寬，直到那輛汽車駛過，然后回到遠(yuǎn)光燈模式。該方案支持模塊化的設(shè)計(jì)平臺(tái)，易于設(shè)計(jì)且具成本效益。

將來的汽車照明方案

1、“掃動(dòng)”指示燈

前照燈系統(tǒng)將繼續(xù)以安全性和能見度作為關(guān)鍵發(fā)展動(dòng)力。經(jīng)測(cè)試，如果汽車配有“掃動(dòng)” 指示燈，那么駕駛員對(duì)前方方向檢測(cè)正確率由普通的72%提升至90%，反應(yīng)時(shí)間提高32%。

圖4. “掃動(dòng)”指示燈

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

2、像素/矩陣燈

從電機(jī)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(diǎn)趨勢(shì)，它采用系統(tǒng)模塊化的平臺(tái)設(shè)計(jì)，提供超越當(dāng)今前照燈方案的眾多優(yōu)勢(shì)，通過高科技及創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(yuǎn)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(yùn)用LED技術(shù)，無移動(dòng)部件，更安全更可靠。此外，由于具多個(gè)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(kuò)展更多功能。

圖5. 像素/矩陣燈

安森美半導(dǎo)體的NCV78247像素/矩陣控制器，能驅(qū)動(dòng)4個(gè)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(cè)(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(jié)語(yǔ)

將來的許多汽車照明方案將基于當(dāng)前的研發(fā)和使用經(jīng)驗(yàn)，并由半導(dǎo)體行業(yè)的硅發(fā)展及成本降低趨勢(shì)所推動(dòng)。市場(chǎng)將持續(xù)需要驅(qū)動(dòng)器組合，支持從最簡(jiǎn)單的分立器件到使用組合技術(shù)的方案，為汽車外型設(shè)計(jì)提供更多可能，并提升行車安全系數(shù)和燃油經(jīng)濟(jì)性。添加電機(jī)控制能力的系統(tǒng)可根據(jù)駕駛環(huán)境、速度及車輛負(fù)載進(jìn)行調(diào)整，以進(jìn)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(jī)控制邁向使用像素或矩陣LED。安森美半導(dǎo)體可提供組成LED AFS像素/矩陣系統(tǒng)的所有半導(dǎo)體元件(微控制器除外)如LED專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)、FET、LDO、整流器、邏輯、齊納、保護(hù)等。隨著系統(tǒng)越來越標(biāo)準(zhǔn)化，微控制器將可嵌入到一個(gè)專用集成電路(ASIC)，這將支持潛在的安森美半導(dǎo)體單芯片硅方案，幫助工程師簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，加快上市時(shí)間。