紅外攝像頭是汽車駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵。典型的電源管理解決方案基于異步降壓 IR-LED 控制器，該控制器驅(qū)動(dòng)外部 MOSFET，并具有無(wú)法達(dá)到必要效率和緊湊度水平的再循環(huán)二極管。另一方面，高度集成的同步降壓 IR-LED 驅(qū)動(dòng)器以較小的 BOM 實(shí)現(xiàn)了最小散熱的目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行不會(huì)過(guò)熱的緊湊型解決方案。

介紹

駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)（DMS）在現(xiàn)代汽車中變得越來(lái)越普遍。紅外 （IR） 攝像頭將 IR-LED 與光傳感器結(jié)合使用，有助于識(shí)別可能影響駕駛者的危險(xiǎn)微睡眠。DMS也是推動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車（AV）駕駛發(fā)展的一項(xiàng)使能技術(shù)。在駕駛員需要從汽車手中奪回控制權(quán)的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)將為駕駛員提供足夠的反應(yīng)時(shí)間。

所有這些功能及其相關(guān)電子設(shè)備必須無(wú)縫安裝在車內(nèi)，這就產(chǎn)生了對(duì)靈活、小巧和高效解決方案的需求。他們還必須能夠應(yīng)對(duì)惡劣的汽車電氣環(huán)境。在本設(shè)計(jì)解決方案中，我們將回顧紅外熱像儀系統(tǒng)，并討論典型解決方案的缺點(diǎn)。隨后，我們展示了一種IR-LED驅(qū)動(dòng)器IC，該IC靈活，緊湊且高效，同時(shí)直接連接到汽車電池。

紅外優(yōu)勢(shì)

紅外光的一些關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是人眼不可見以及日夜工作的能力。除 DMS 外，紅外攝像機(jī)還可以在黑暗中、大多數(shù)霧條件下檢測(cè)和分類行人，并且不受太陽(yáng)眩光的影響，從而提供改進(jìn)的態(tài)勢(shì)感知，從而提供更強(qiáng)大、可靠和安全的 ADAS 和 AV 解決方案。其他ADAS應(yīng)用包括座椅占用識(shí)別、夜視系統(tǒng)、周圍環(huán)境的短距離檢測(cè)以及監(jiān)控駕駛員的盲點(diǎn)。

紅外攝像機(jī)

圖2顯示了紅外熱像儀的主要元件。紅外 LED 照亮目標(biāo)。反射光由圖像傳感器（CCD或CMOS光電二極管）收集并由視覺處理器處理，以確定對(duì)手頭情況的響應(yīng)。

圖2.用于 DMS 的紅外 LED 攝像頭。

用于 DMS 的降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器

LED驅(qū)動(dòng)器控制紅外光強(qiáng)度，并以正確的頻率和占空比頻閃。理想情況下，它必須直接使用12V電池工作，并應(yīng)對(duì)惡劣的汽車環(huán)境。

采用啟動(dòng)/停止技術(shù)的車輛在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)遇到較大的電池電壓驟降，導(dǎo)致電池電壓下降到遠(yuǎn)低于典型 12V 的水平。從寒冷條件（冷啟動(dòng)）開始，電池可以低至4.5V。在運(yùn)行期間斷開電池與交流發(fā)電機(jī)的連接會(huì)導(dǎo)致高達(dá) 60V 的大電壓瞬變（轉(zhuǎn)儲(chǔ)）。

由于外部和內(nèi)部來(lái)源，汽車環(huán)境也會(huì)受到電磁干擾（EMI）的影響。來(lái)自點(diǎn)火組件、電機(jī)和類似脈沖型系統(tǒng)的“電弧和火花”噪聲通過(guò)產(chǎn)生破壞性欠壓或過(guò)電壓來(lái)影響電源電壓軌。IR-LED降壓轉(zhuǎn)換器具有快速開關(guān)波形，應(yīng)該能夠減輕對(duì)這種嘈雜環(huán)境的任何影響。

考慮到 IR-LED 二極管的典型正向電壓為 2.4V，正向電流為 1A，設(shè)計(jì)良好的降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器具有足夠的裕量，可以直接連接到電池，而無(wú)需升壓。它還必須承受傾倒電壓并引入最小的電磁噪聲。

典型的高功率降壓紅外 LED 驅(qū)動(dòng)器解決方案

典型的降壓紅外-LED驅(qū)動(dòng)器解決方案如圖3所示。它利用一個(gè)n溝道晶體管（典型值為RDS（ON）= 0.3O），以及依賴于肖特基二極管D進(jìn)行電流再循環(huán)的異步架構(gòu)。后者是執(zhí)行效率低下的明確跡象。

圖3.典型的異步降壓紅外LED驅(qū)動(dòng)器。

考慮典型的汽車案例，其中輸入電壓是汽車的12V電池，輸出是IR-LED二極管的正向電壓（1A時(shí)為2.4V）。這里的降壓轉(zhuǎn)換器占空比僅為20%。這意味著圖3中的MOSFET僅導(dǎo)通20%的時(shí)間（1A = 0.3W時(shí)為0.3Ω），而肖特基（1A = 0.5W時(shí)為0.5V）導(dǎo)通時(shí)間為80%。動(dòng)力傳動(dòng)系的總功耗為0.46W，主要是由于肖特基二極管。在考慮開關(guān)和其他損耗后，該解決方案的效率勉強(qiáng)達(dá)到80%。

一體化同步整流解決方案

例如，MAX20050同步降壓LED驅(qū)動(dòng)器是理想的解決方案（圖4）。該器件包括一種獨(dú)特的擴(kuò)頻模式，可降低開關(guān)頻率及其諧波處的 EMI。憑借其 4.5V 至 65V 輸入電源范圍，該 IC 可在啟動(dòng)/停止條件和冷啟動(dòng)條件下輕松工作。它可以承受電池負(fù)載突降，使其成為將 IR-LED 驅(qū)動(dòng)器直接連接到汽車電池的前端降壓轉(zhuǎn)換器的理想選擇。

圖4.紅外 LED 驅(qū)動(dòng)器集成同步解決方案。

高效率

完全同步的2A降壓型轉(zhuǎn)換器集成了兩個(gè)低R值DS（ON）0.14Ω （典型值） n 溝道 MOSFET，確保最小的歐姆損耗。這里，0.14Ω RDS（ON）電阻將產(chǎn)生僅140mW的損耗，是前一種情況的三分之一。該解決方案可以輕松實(shí)現(xiàn)高效率。在圖5中，同步解決方案在2.1MHz時(shí)實(shí)現(xiàn)了86%的峰值效率，在400kHz時(shí)實(shí)現(xiàn)了92%的峰值效率！將頻率提高到2.1MHz可以減小BOM尺寸，但效率會(huì)降低幾個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)避免AM頻段內(nèi)的干擾。

圖5.效率與尺寸權(quán)衡。

體積小

該解決方案的高集成度可最大限度地減少PCB面積占用。圖6所示為需要外部肖特基二極管的異步降壓轉(zhuǎn)換器IC，其占用的PCB面積幾乎是單芯片解決方案的兩倍（+78%）。

圖6.異步與同步降壓IC的尺寸比較

靈活性

為了獲得最大的靈活性，IR-LED驅(qū)動(dòng)器系列（表1）提供兩種工作頻率，以解決效率與尺寸的權(quán)衡問(wèn)題，并為動(dòng)態(tài)響應(yīng)優(yōu)化提供內(nèi)部與外部環(huán)路補(bǔ)償。

表 1.紅外發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器系列

這些器件的額定工作溫度范圍為-40°C至+125°C，采用耐熱性能增強(qiáng)型12引腳（3mm x 3mm）TDFN和14引腳（5mm x 4.4mm）TSSOP封裝，帶裸焊盤。

如需更高的功率，可以使用MAX20078同步降壓LED控制器。對(duì)于更高電壓的應(yīng)用，MAX20090高壓、高亮度LED控制器是絕佳的選擇。

結(jié)論

駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車中出現(xiàn)的頻率越來(lái)越高。它們必須無(wú)縫地融入汽車電子系統(tǒng)，這就需要靈活、小巧和高效的解決方案。他們還必須應(yīng)對(duì)惡劣的汽車環(huán)境。我們回顧了紅外熱像儀系統(tǒng)，并討論了典型解決方案的缺點(diǎn)。最后，我們展示了一種IR-LED驅(qū)動(dòng)器IC，該IC靈活、緊湊、高效、具有低EMI，并可直接連接到汽車電池。

審核編輯：郭婷