汽車LED照明驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)和解決之道

LCM從車身控制模塊接收功率和控制信號(hào)。其中往往包括用于提供動(dòng)力的電池和地電源。有些架構(gòu)含有來(lái)自車身控制模塊的一條控制線路，通過(guò)其中的控制信號(hào)來(lái)改變LED串的功能。例如，當(dāng)用同一LED串來(lái)充當(dāng)日間行駛燈和停車燈時(shí)，就需要控制信號(hào)來(lái)選擇所需功能。更先進(jìn)的架構(gòu)采用CAN網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制照明，因而采用一條CAN總線電纜來(lái)確定具體功能。

為了對(duì)來(lái)自LED模塊和車身控制器的這些控制信號(hào)進(jìn)行處理，LCM有時(shí)會(huì)采用一個(gè)微控制器。該微控制器可以讀取這些控制信號(hào)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)器IC進(jìn)行相應(yīng)的配置。這有利于增加LCM的靈活性，使其可以驅(qū)動(dòng)任意LED配置，從而提高驅(qū)動(dòng)器控制板在不同汽車平臺(tái)中的重復(fù)利用價(jià)值。

驅(qū)動(dòng)器電路本身的主要功能是為L(zhǎng)ED串提供受控電流。該電路可以采用不同的架構(gòu)，比如線性調(diào)節(jié)器或開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。然而，隨著功率水平的增加，效率變得越來(lái)越重要，因而通常采用開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。這些轉(zhuǎn)換器可以采用升壓、降壓或降壓/升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有其自身的優(yōu)勢(shì)和不足，與輸出靈活性、效率和系統(tǒng)成本相關(guān)，具體應(yīng)用取決于具體設(shè)計(jì)。

在確定采用哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮以下事實(shí)：電池向LCM提供的電源電壓的變化范圍非常大，低至6V(現(xiàn)代起止發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng))，高達(dá)24V。就如多數(shù)汽車制造商堅(jiān)持的那樣，在這些條件下，外部照明功能應(yīng)能正常運(yùn)行，因此，驅(qū)動(dòng)器電路必須能在如此寬的輸入電壓范圍內(nèi)向LED 串提供相應(yīng)的輸出電壓/電流，以驅(qū)動(dòng)LED。在這些要求下，經(jīng)常采用降壓/升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

另外，隨著照明控制模塊向通用型不斷發(fā)展，降壓/升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成了首要選擇，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)在輸出電壓方面具有最大的靈活性，不受輸入電壓影響，有效地彌補(bǔ)了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在效率方面的微小差異。

如前所述，LCM為L(zhǎng)ED提供PWM電流。然而，為了避免該P(yáng)WM電流使LED光發(fā)生肉眼可見(jiàn)的閃爍，一般采用200Hz以上的PWM頻率。 PWM占空比也可以發(fā)生變化，以根據(jù)所需功能(如日間行駛燈或停車燈)向LED串提供不同的平均電流。

可見(jiàn)，燈光控制模塊必須能將來(lái)自車身控制器的輸入功率轉(zhuǎn)換成頻率超過(guò)200Hz且具有相應(yīng)占空比的PWM電流，以便向LED提供適當(dāng)?shù)钠骄娏?，從而?shí)現(xiàn)所需要的功能。

采用DC/DC開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同樣需要確?？刂颇K不輻射且不受電磁干擾。因此，需要采用正確的電子器件設(shè)計(jì)和電路板布局，以避免這種干擾。

在圖1的示意圖中，LED與驅(qū)動(dòng)器控制模塊相互獨(dú)立，二者由一個(gè)連接器相連。這種架構(gòu)要求對(duì)LED進(jìn)行保護(hù)，防止其電池或地引腳因連接器故障而意外短路，從而避免LED和驅(qū)動(dòng)器電路遭到損壞。

除了短路條件以外，LCM還需具備檢測(cè)LED故障的能力。其中包括檢測(cè)LED的開(kāi)路故障和短路故障。LED串中的單個(gè)LED發(fā)生開(kāi)路故障時(shí)，檢測(cè)起來(lái)相對(duì)容易，但短路故障的檢測(cè)更具挑戰(zhàn)性。單個(gè)LED正向電壓的內(nèi)在擴(kuò)散性在較長(zhǎng)LED串中積聚時(shí)，會(huì)變得非常明顯。這增加了檢測(cè)短路發(fā)生時(shí)間的難度。當(dāng)LCM檢測(cè)到故障LED時(shí)，可能同時(shí)需要將診斷信號(hào)發(fā)回車身控制模塊，以便提醒駕駛員。

這就需要采用燈光控制模塊，以便提供所有上述功能，同時(shí)達(dá)到汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求。這就意味著，該模塊和相關(guān)組件必須通過(guò)符合AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)的汽車認(rèn)證。汽車照明被認(rèn)為是一種事關(guān)安全的重要功能，因此，其可靠性是重中之重。

LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)解決方案

從上述各項(xiàng)要求可以看出，挑戰(zhàn)在于如何設(shè)計(jì)一種解決方案，能在降低系統(tǒng)成本的同時(shí)提供所需的功能、靈活性、系統(tǒng)可靠性和集成度。

一種可能的解決方案是采用恩智浦半導(dǎo)體提供的ASL1010PTK驅(qū)動(dòng)器IC。ASL1010PTK驅(qū)動(dòng)器IC集成了汽車LED燈必需的核心功能，是一種緊湊型一體化解決方案，且無(wú)需增添額外部件。對(duì)于LED模塊設(shè)計(jì)而言，有利于降低成本、增強(qiáng)美感、提高可靠性。

此外，這一系統(tǒng)解決方案具有極高的靈活性，不受汽車平臺(tái)和LED配置的限制，而且無(wú)需重新設(shè)計(jì)PCB電路板。集成式設(shè)計(jì)免除了不同平臺(tái)的冗余功能以及對(duì)外置微控制器的需要，從而將系統(tǒng)成本控制在較低水平。

ASL1010PTK驅(qū)動(dòng)器IC采用降壓/升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用標(biāo)準(zhǔn)汽車電池電壓即可安全驅(qū)動(dòng)多達(dá)20個(gè)LED燈;輸出電壓極其靈活，范圍為6V至 60V，支持目前市場(chǎng)上的各類LED，非常適合驅(qū)動(dòng)汽車應(yīng)用中的高亮度LED。

圖2中的示意圖展示了一種驅(qū)動(dòng)器電路的典型基準(zhǔn)電壓設(shè)計(jì)。

圖2：典型應(yīng)用示意圖(采用面向汽車前部照明的ASL1010PTK)。

ASL1010PTK 驅(qū)動(dòng)器IC基于ABCD9技術(shù)節(jié)點(diǎn)制成(這是恩智浦推動(dòng)模擬混合信號(hào)集成的汽車技術(shù)平臺(tái))。這樣，驅(qū)動(dòng)器可以工作于6V至60V的電源電壓之中，從而達(dá)到起止條件以及ISO7637標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)瞬變電壓的要求。

由于驅(qū)動(dòng)器IC集成度很高，因此應(yīng)用設(shè)計(jì)在只需極少的外部組件的同時(shí)，還能維持系統(tǒng)的靈活性。在圖2所示的應(yīng)用示意圖中，通過(guò)少量組件就實(shí)現(xiàn)了溫度反饋功能，可控制LED的溫度和性能;故障檢測(cè)功能，可在LED出現(xiàn)故障時(shí)提供反饋;短路保護(hù)功能，使LED和驅(qū)動(dòng)器IC免受電池和地引腳短路影響;靈活的電流選擇和PWM編程功能;可調(diào)LED內(nèi)部PWM產(chǎn)生功能，允許同一LED燈同時(shí)用作日間行駛燈和停車燈。LED欠壓和過(guò)壓保護(hù)。

借助這款尺寸小、散熱性能良好的器件(HVSON14)，驅(qū)動(dòng)器IC可為L(zhǎng)ED串提供最高1A的電流。由于采用了高精度的集成電流源，該驅(qū)動(dòng)器 IC可以有效消除任何LED紋波電流，無(wú)需添加額外的外部組件。

本文小結(jié)

近年來(lái)，LED在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用呈大幅增長(zhǎng)之勢(shì)，究其原因在于LED具有無(wú)與倫比的設(shè)計(jì)靈活性、更長(zhǎng)的使用壽命和更低的功耗水平。LED本身的性能也得到了大幅提升，增加了其在汽車應(yīng)用領(lǐng)域的可用性。

隨著LED應(yīng)用的不斷增多，我們還需要一種更加高效、更加穩(wěn)健、更具成本優(yōu)勢(shì)的電子器件和驅(qū)動(dòng)器IC，以便使LED的優(yōu)勢(shì)在汽車應(yīng)用中得到充分發(fā)揮。

基于一種通用型LED照明系統(tǒng)架構(gòu)，我們探討了電子控制裝置需要的特性，其中包括LED散熱管理、驅(qū)動(dòng)不同LED配置的靈活性以及具有成本優(yōu)勢(shì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。