汽車(chē)LED照明趨勢(shì)及矩陣式全LED前照燈方案

近年來(lái)，憑借光效增高、能耗低、可靠性高、壽命長(zhǎng)、尺寸小及環(huán)保等眾多優(yōu)勢(shì)，LED在汽車(chē)內(nèi)部及外部照明中的應(yīng)用日漸增多，已經(jīng)從最初不那么緊要的汽車(chē)照明應(yīng)用，如座艙內(nèi)照明、停車(chē)燈及儀表板背光，跨越到了前照燈及組合尾燈等更寬廣應(yīng)用。特別是由于尺寸小，LED能夠配合豐富的形狀和線條變化，有助提升車(chē)燈辨識(shí)度，被指定用于眾多中高檔車(chē)的前照燈系統(tǒng)，配合漂亮的外觀造型設(shè)計(jì)。圖1所示的是如今典型的汽車(chē)LED照明應(yīng)用。

圖1：典型汽車(chē)LED照明應(yīng)用。

汽車(chē)LED照明——不僅是漂亮，更助提升汽車(chē)主動(dòng)安全性

LED照明給汽車(chē)帶來(lái)的直觀好處，并不限于漂亮造型。根據(jù)美國(guó)全國(guó)公路交通安全管理局(NHTSA)和歐洲委員會(huì)(EC)統(tǒng)計(jì)，雖然只有25%的駕駛是在夜間和光線不足期間，但卻有40%的死亡和重傷事故發(fā)生在這段時(shí)間。故改善汽車(chē)照明，特別是夜間和光線不足條件下的照明，有助提升汽車(chē)主動(dòng)安全性。實(shí)際上，為了保護(hù)駕駛員/車(chē)上人員/路邊行人的安全，業(yè)界長(zhǎng)期致力于開(kāi)發(fā)各種汽車(chē)照明方案，如用于改善夜間轉(zhuǎn)彎時(shí)照明的自適應(yīng)前照燈(AFS)方案，及用于改善日間行車(chē)安全的日間行車(chē)燈(DRL)方案。

與傳統(tǒng)上在汽車(chē)照明中廣泛應(yīng)用的白熾燈和高強(qiáng)度氣體放電燈(HID)相比，LED用于汽車(chē)照明有著無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。如LED響應(yīng)時(shí)間短，用于剎車(chē)燈可以增加后車(chē)的剎車(chē)距離，用于轉(zhuǎn)向燈則有更好警示效果。LED的亮度高，但又不像HID那樣刺眼，有助降低對(duì)向行駛汽車(chē)駕駛員眩目的風(fēng)險(xiǎn)。LED燈能耗比白熾燈或HID低很多，有助降低燃油消耗，節(jié)省支出。

典型汽車(chē)照明應(yīng)用LED驅(qū)動(dòng)器方案

不同汽車(chē)照明應(yīng)用對(duì)LED電流的要求各不相同，故需結(jié)合具體應(yīng)用要求，選擇適合的LED驅(qū)動(dòng)器方案。典型LED驅(qū)動(dòng)方案包括電阻、線性恒流穩(wěn)流器、線性穩(wěn)壓器及開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器等。

其中，電阻是最簡(jiǎn)單、最低成本的LED限流方案，但能效也最低，且存在LED篩選成本及熱失控等問(wèn)題。恒流穩(wěn)流器(CCR)性能高于電阻方案，但成本低于線性或開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器方案，適合低電流LED照明應(yīng)用。線性穩(wěn)壓器支持多條線路并行配置以幫助散熱，提供達(dá)±2%的穩(wěn)流精度，無(wú)電磁干擾(EMI)問(wèn)題，成本中等，但能效也較低。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器廣泛使用。這種方案成本更高，技術(shù)更復(fù)雜，但支持任何類型的輸入電壓與輸出電壓關(guān)系，且根據(jù)輸入/輸出條件，能效能夠高于90%，但存在EMI問(wèn)題。

圖2：典型汽車(chē)照明應(yīng)用及LED驅(qū)動(dòng)器方案

除了這些方案，安森美半導(dǎo)體還推出高集成LED照明管理集成電路(LMIC)。這些LMIC集成了多種LED驅(qū)動(dòng)及控制功能，相當(dāng)于完整子系統(tǒng)，能夠承受高達(dá)125℃的環(huán)境溫度，用于汽車(chē)前照燈、組合尾燈及最新的AFS等應(yīng)用。

全LED前照燈應(yīng)用要求及高集成度驅(qū)動(dòng)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(yuǎn)光燈、轉(zhuǎn)向燈及日間行車(chē)燈等模塊，其中各含不同數(shù)量LED。根據(jù)研究及咨詢服務(wù)公司SNE Research的數(shù)據(jù)，2013年全球汽車(chē)市場(chǎng)LED前照燈的滲透率不足5%，但預(yù)計(jì)到2020年這一比例將超過(guò)50%，可見(jiàn)增長(zhǎng)前景十分可觀。

但全LED前照燈對(duì)驅(qū)動(dòng)方案提出更高要求，要求高能效集成驅(qū)動(dòng)器，支持從單個(gè)LED到多串LED等不同配置(電壓可高達(dá)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(duì)散熱、診斷及通信接口等多方面提出了要求。

圖3：安森美半導(dǎo)體單芯片智能前照燈LED驅(qū)動(dòng)器NCV78663應(yīng)用電路圖。

安森美半導(dǎo)體配合全LED前照燈驅(qū)動(dòng)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(dòng)器系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)，用于先進(jìn)的LED前照燈系統(tǒng)。NCV78663采用降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠提供高于90%的總能效，是一款高集成度方案，使設(shè)計(jì)人員能夠以單顆SoC控制遠(yuǎn)光燈及近光燈、日間行車(chē)燈、轉(zhuǎn)向指示燈及霧燈。NCV78663極適合于驅(qū)動(dòng)大電流LED(電流可達(dá)2 A)，支持PWM調(diào)光以維持LED色溫及平均電流受控。NCV78663通過(guò)兩個(gè)內(nèi)置獨(dú)立降壓開(kāi)關(guān)通道，以極少數(shù)量的外部元件，提供驅(qū)動(dòng)電壓達(dá)60 V的兩串LED的完整驅(qū)動(dòng)方案。每個(gè)通道可以根據(jù)應(yīng)用要求來(lái)通過(guò)SPI接口和/或OTP設(shè)置來(lái)定制輸出電流和電壓。這器件在片上提供汽車(chē)前照燈診斷功能，還集成了升壓控制器，為設(shè)計(jì)人員提供外部元件數(shù)量有限的獨(dú)特輸入電流濾波器。NCV78663既能獨(dú)立使用，也可以與微控制器結(jié)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(dǎo)體的NCV78663全LED前照燈驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)獲得奔馳E系列的采用，每輛車(chē)在其先進(jìn)前照燈系統(tǒng)中使用多達(dá)6顆NCV78663，還使用多達(dá)3顆的安森美半導(dǎo)體NCV70522步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

安森美半導(dǎo)體最新矩陣式動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈方案

近年來(lái)，市場(chǎng)上出現(xiàn)了矩陣式動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈，如奔馳新一代S級(jí)汽車(chē)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(gè)LED能夠分別點(diǎn)亮、熄滅或是調(diào)整亮度。此燈的獨(dú)特功能如下：

● 防對(duì)向車(chē)輛炫目：LED根據(jù)前雷達(dá)和立體攝像機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)亮、熄滅或者是調(diào)整亮度動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整照射范圍，保證自己視線的同時(shí)，避免造成對(duì)方車(chē)輛炫目。

● 繞開(kāi)前方車(chē)輛輪廓：遇到前方同方向行駛車(chē)輛時(shí)，可繞開(kāi)前車(chē)輪廓，同時(shí)完全照亮前車(chē)左側(cè)和右側(cè)區(qū)域。因此夜間行車(chē)時(shí)可一直開(kāi)啟遠(yuǎn)光燈，大幅提升行車(chē)安全性。

● 遇行人快速閃爍：智能頭燈可以識(shí)別出前方行人，用大燈自動(dòng)快速閃爍，以提醒行人避開(kāi)危險(xiǎn)，降低夜間意外的可能。

圖4：動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈之獨(dú)特功能示意。

這樣的矩陣式動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈可以采用串聯(lián)或并聯(lián)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，各顆LED在電氣特性方面的差異對(duì)照明系統(tǒng)的性能有顯著影響，造成能耗增加及散熱問(wèn)題。串聯(lián)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中，LED驅(qū)動(dòng)器提供恒流源，短路開(kāi)關(guān)可以關(guān)閉單個(gè)LED，從而能夠根據(jù)需要來(lái)改變光束。如果在串聯(lián)驅(qū)動(dòng)電路中增加伴侶芯片(像素控制器)，透過(guò)系統(tǒng)劃分，這樣就有可能避免并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所固有的能耗及熱管理問(wèn)題。

圖5a：安森美半導(dǎo)體矩陣式汽車(chē)LED前照燈方案示意圖。

圖5b：安森美半導(dǎo)體矩陣式汽車(chē)LED前照燈方案示意圖(續(xù))。

安森美半導(dǎo)體的NCV78763降壓-升壓LED驅(qū)動(dòng)IC在這矩陣式動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈中充當(dāng)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(jiǎn)化應(yīng)用流程，因而加速產(chǎn)品上市。

總結(jié)：

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