全LED前照燈應用及高集成度驅(qū)動方案

　 　2008年，奧迪R8全球第一次采用全LED前照燈。這全LED前照燈中包含近光燈、遠光燈、轉(zhuǎn)向燈及日間行車燈等模塊，其中各含不同數(shù)量LED。根據(jù) 研究及咨詢服務公司SNE Research的數(shù)據(jù)，2013年全球汽車市場LED前照燈的滲透率不足5%，但預計到2020年這一比例將超過50%，可見增長前景十分可觀。

　 　但全LED前照燈對驅(qū)動方案提出更高要求，要求高能效集成驅(qū)動器，支持從單個LED到多串LED等不同配置（電壓可高達60 V），還要求脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)光，如用于示廓燈。全LED前照燈還要求LED串低EMC輻射，且對散熱、診斷及通信接口等多方面提出了要求。

　　圖1：安森美半導體單芯片智能前照燈LED驅(qū)動器NCV78663應用電路圖。

　 　安森美半導體配合全LED前照燈驅(qū)動需求，推出了NCV78663單芯片高能效智能電源鎮(zhèn)流器及雙LED驅(qū)動器系統(tǒng)級芯片（SoC），用于先進的LED 前照燈系統(tǒng)。NCV78663采用降壓-升壓拓撲結構，能夠提供高于90%的總能效，是一款高集成度方案，使設計人員能夠以單顆SoC控制遠光燈及近光 燈、日間行車燈、轉(zhuǎn)向指示燈及霧燈。NCV78663極適合于驅(qū)動大電流LED（電流可達2 A），支持PWM調(diào)光以維持LED色溫及平均電流受控。NCV78663通過兩個內(nèi)置獨立降壓開關通道，以極少數(shù)量的外部元件，提供驅(qū)動電壓達60 V的兩串LED的完整驅(qū)動方案。每個通道可以根據(jù)應用要求來通過SPI接口和/或OTP設置來定制輸出電流和電壓。這器件在片上提供汽車前照燈診斷功能， 還集成了升壓控制器，為設計人員提供外部元件數(shù)量有限的獨特輸入電流濾波器。NCV78663既能獨立使用，也可以與微控制器結合使用，靈活性極高。這方 案源自電池的EMC較低，輻射至LED串的EMC也較低。

　　安森美半導體的NCV78663全LED前照燈驅(qū)動器已經(jīng)獲得奔馳E系列的采用，每輛車在其先進前照燈系統(tǒng)中使用多達6顆NCV78663，還使用多達3顆的安森美半導體NCV70522步進電機驅(qū)動器。

　　安森美半導體最新矩陣式動態(tài)智能全LED前照燈方案

　　近年來，市場上出現(xiàn)了矩陣式動態(tài)智能全LED前照燈，如奔馳新一代S級汽車中配備的智能型LED前照燈。此前照燈系統(tǒng)內(nèi)包含56顆LED，每個LED能夠分別點亮、熄滅或是調(diào)整亮度。此燈的獨特功能如下：

　　· 防對向車輛炫目：LED根據(jù)前雷達和立體攝像機的數(shù)據(jù)進行點亮、熄滅或者是調(diào)整亮度動作，實現(xiàn)自動調(diào)整照射范圍，保證自己視線的同時，避免造成對方車輛炫目。

　　· 繞開前方車輛輪廓：遇到前方同方向行駛車輛時，可繞開前車輪廓，同時完全照亮前車左側和右側區(qū)域。因此夜間行車時可一直開啟遠光燈，大幅提升行車安全性。

　　· 遇行人快速閃爍：智能頭燈可以識別出前方行人，用大燈自動快速閃爍，以提醒行人避開危險，降低夜間意外的可能。

　　圖2：動態(tài)智能全LED前照燈之獨特功能示意。

　 　這樣的矩陣式動態(tài)智能全LED前照燈可以采用串聯(lián)或并聯(lián)驅(qū)動結構。采用并聯(lián)結構時，各顆LED在電氣特性方面的差異對照明系統(tǒng)的性能有顯著影響，造成能 耗增加及散熱問題。串聯(lián)驅(qū)動結構中，LED驅(qū)動器提供恒流源，短路開關可以關閉單個LED，從而能夠根據(jù)需要來改變光束。如果在串聯(lián)驅(qū)動電路中增加伴侶芯 片（像素控制器），透過系統(tǒng)劃分，這樣就有可能避免并聯(lián)拓撲結構所固有的能耗及熱管理問題。

　　圖3a：安森美半導體矩陣式汽車LED前照燈方案示意圖。

　　圖3b：安森美半導體矩陣式汽車LED前照燈方案示意圖（續(xù)）。

　　安森美半導體的NCV78763降壓-升壓LED驅(qū)動IC在這矩陣式動態(tài)智能全LED前照燈中充當電流源，它與集成型像素控制器/伴侶芯片相輔相成。這種模塊化方法減少了元件數(shù)量，并簡化應用流程，因而加速產(chǎn)品上市。

　　總結：

　 　本文介紹LED在汽車照明中的各種應用，分析LED的應用優(yōu)勢，特別是如今越來越受到重視的幫助提升汽車主動安全性能方面的優(yōu)勢，概覽典型汽車照明應用的LED驅(qū)動器方案，重點介紹配合最新全LED汽車前照燈要求的安森美半導體NCV78663高集成度LED驅(qū)動器方案，特別是它在最新矩陣式智能動態(tài) LED前照燈系統(tǒng)中的應用。

　　尾燈方案

　 　現(xiàn)在汽車組合尾燈（RCL）越來越多地采用LED燈體組，不僅外形美觀、光效高，更有助于后車清晰地看到前車的行駛狀態(tài)。安森美半導體的NCV7680 是用于汽車LED組合尾燈的線性穩(wěn)流器及控制器，具有驅(qū)動LED串恒流輸出、LED串開路診斷（帶開漏極輸出）、消除EMI顧慮的歪曲率控制功能、片上1 kHz尾沿PWM調(diào)光、過壓及過溫時降低輸出功率等特性。

　　汽車電池系統(tǒng)電壓波動范圍大，在低電壓條件下提供恒定LED光輸出是關鍵特 性。NCV7680包含8個線性可編程恒流源。采用NCV7680的系統(tǒng)可支持兩個亮度等級，一個用于剎車燈，一個用于尾燈；也可以采用可選的PWM控制 （首選的LED調(diào)光方法）。PWM發(fā)生器的固定頻率可提供無閃爍的照明?？蛇x的外部鎮(zhèn)流器FET允許在要求大電流的設計中分配功率。

　　圖5：有外部FET鎮(zhèn)流器晶體管的應用圖

　 　為配合常見的LED串組合尾燈配置，NCV7680提供8路匹配輸出，用于單獨驅(qū)動各串，而電流由單顆電阻設定。單獨驅(qū)動各可串確保不同串之間的電流分 配均衡。NCV7680可以單獨使用，也可以與其它一些支持電路一起組成更復雜系統(tǒng)。該器件適用于組合尾燈、日間行車燈（DRL）、霧燈、中央高位剎車燈 （CHMSL）陣列、轉(zhuǎn)向信號燈及其他外部調(diào)制應用、液晶顯示器（LCD）背光、照明模塊等。

　　汽車內(nèi)部及外部照明方案

　　1）內(nèi)部RGB LED照明方案

　 　本地互連網(wǎng)絡（LIN）總線是一種用于當今汽車網(wǎng)絡架構的低成本串行通信協(xié)議。NCV7430 LIN RGB LED驅(qū)動器結合了LIN收發(fā)器與RGB LED驅(qū)動器及存儲器，適用于汽車內(nèi)部照明。這款單芯片RGB驅(qū)動器可監(jiān)視汽車內(nèi)部照明中的專用多色彩LED應用。

　　NCV7430包含 LIN接口（從器件），用于LED色彩及光強度參數(shù)設定。該器件通過LIN總線接收指令，隨后獨立驅(qū)動LED。NCV7430在 LIN總線上用作從器件，而主器件可以通過總線讀取特定狀態(tài)信息（參數(shù)值及錯誤標志）。NCV7430的LIN地址可通過器件內(nèi)部存儲器編程固化。

　　圖6：汽車內(nèi)部照明方案

　　NCV7430的特性還包括保護及診斷過流檢測（對地及VBB短路檢測、LED開路檢測、高溫警示及關閉和檢測到錯誤時重試模式）；省電（休眠模式供電電流20 mA、兼容14 V汽車系統(tǒng)）；以及EMI兼容性（LIN總線集成斜坡控制、LED調(diào)制模式降低EMC）。

　　2）外部及內(nèi)部照明恒流穩(wěn)流器（CCR）方案

　 　雙端線性恒流穩(wěn)流器（CCR）是簡單、經(jīng)濟及強固的器件，為成本敏感的LED應用提供有效的穩(wěn)流方案，適用于汽車外部照明，如中央高位剎車燈 （CHMSL），以及內(nèi)部照明，如座艙燈、化妝鏡燈、手套箱。該器件不要求外部元件，可用作高邊或低邊穩(wěn)流器，在寬輸入電壓范圍下對輸出電流進行穩(wěn)流，其 設計帶有負溫度系數(shù)特性，用于保護LED在極端電壓及工作條件下免受熱失控影響。

　　型號為NSI45xxx、NSI50xxx、 NSIC20xx、NSI45xxxJ和NSI50150AD的器件的穩(wěn)流電流可在寬電壓范圍內(nèi)提供恒定亮度；負溫度系數(shù)在高環(huán)境溫度條件下可保護 LED；提供多種最大電壓版本（45 V、50 V及120 V），可承受電池電壓突降。

　　圖7：汽車外部及內(nèi)部照明的恒流穩(wěn)流器

　 　除以上方案，安森美半導體還提供其它LED驅(qū)動方案。緊湊型350 mA降壓LED驅(qū)動器CAV4201和CAT4201采用專利的平均電流穩(wěn)流架構，可用24 V電源驅(qū)動串聯(lián)的多達7顆LED，處理達40 V的瞬態(tài)電壓，能效高于94%；還具有限流及過熱保護、LED開路保護功能。其汽車版本CAV4201通過了AEC-Q100認證。另一款用于高亮度 LED的多拓撲恒流開關穩(wěn)壓器NCV3065，驅(qū)動電流達1.5 A，采用外部開關提升能效，支持PWM及模擬調(diào)光，可承受達40 V瞬態(tài)電壓。

　　總結

　　安森美半導體運用低壓及高壓技術及電源管理方案方面的專知和技術，以及先進 汽車工藝技術為汽車照明應用提供各種先進解決方案。所有這些集成電路均符合汽車可靠性和溫度等規(guī)范及環(huán)保要求，同時能夠滿足人們對車內(nèi)照明控制、前照燈、 后組合燈、霧燈、示廓燈，尤其是新光源等方面越來越高的要求，在為駕駛者帶來舒適性和樂趣，豐富消費者體驗的同時，也滿足了環(huán)保和節(jié)能的要求。