汽車外部照明LED控制系統(tǒng)進展

汽車照明市場繼續(xù)強勢成長，分析師Yole預(yù)測到2024年市場規(guī)模將達到388億美元。在過去幾年里，LED在這個市場中的比重越來越大，LED車外燈已成為我們道路上熟悉的景象。

與白熾燈泡相比，LED的壽命更長、更節(jié)省空間、成本和電力，還替復(fù)雜和客制化的照明系統(tǒng)帶來了新的機會。有一種趨勢是對LED進行更復(fù)雜的控制，而不僅僅是切換開關(guān)而已；舉例來說，藉由在方向燈中加入動畫來提高安全性，以及根據(jù)場景的變化，改變LED的亮度。

除了LED本身，汽車還需要合適的電子組件來驅(qū)動和控制LED。這些組件必須可靠、小巧、有效率，而且能夠提供像是調(diào)光和故障偵測等特殊功能。

雖然過去驅(qū)動LED通常使用分離組件，但現(xiàn)今已轉(zhuǎn)向使用整合式驅(qū)動器。讓我們審視這些零件的要求，以及它們?yōu)槠囋O(shè)計人員提供的功能。


 
圖一 : 汽車LED產(chǎn)品應(yīng)用

控制LED
為了產(chǎn)生所需的光，LED驅(qū)動器需要在LED的陽極和陰極之間施加一個達到最小閾值電壓 (稱為「正向電壓」) 的電流來點亮LED。這個電壓取決于LED的顏色，但通常落在1.6V至4V左右。

LED的亮度取決于供應(yīng)的電流，這代表可以使用合適的LED驅(qū)動器來調(diào)低汽車燈光的亮度。有兩種方法可以做到這一點：降低電流，這種方式稱為模擬調(diào)光，或使用脈寬調(diào)變(PWM)進行數(shù)字調(diào)光。

對汽車產(chǎn)品應(yīng)用來說，LED驅(qū)動器需要堅固耐用，并且能夠在-40°C至 +105°C或125°C的寬廣環(huán)境溫度范圍內(nèi)運作。裝置必須能夠處理多變的電壓，比如說典型商用車的24V電池、內(nèi)燃機車輛(ICEV)的12V電池，或配備 DC-DC轉(zhuǎn)換器的最新電動車(EV)并為其配件供電的12V輔助電池。同時，能夠符合相關(guān)的電磁兼容性(EMC)要求，在未來的電動車浪潮中也非常重要。

藉由使用微控制器，轉(zhuǎn)換成更智能的LED控制。另一個有用的特點是故障偵測功能，可以警告駕駛?cè)薒ED故障并指示其位置，從而提高安全。典型使用多個 LED的車燈中，其中一個LED要是發(fā)生故障，因為其他LED還能繼續(xù)運作，所以很難偵測到。這可能會導(dǎo)致安全問題，因為車燈可能無法達到所需的亮度。因此能夠偵測故障的智能LED驅(qū)動器彌足珍貴。



 
圖二 : LED后燈

實際運作的整合式 LED 控制
Diodes公司的AL5873Q，就是整合式LED驅(qū)動器的例子。這是一款三信道線性LED驅(qū)動器，具有5V至55V的寬廣輸入電壓范圍，還提供多種功能，讓車輛照明設(shè)計更簡便。

前一代產(chǎn)品需要一個控制器和一個獨立的驅(qū)動器?，F(xiàn)在，這兩個功能全部由 AL5873Q整合在單一組件內(nèi)。使用單一裝置來驅(qū)動LED，讓所需的外部組件數(shù)量降到最低，不但簡化設(shè)計過程，還提高可靠性。

與Diodes公司的其他汽車兼容LED驅(qū)動器一樣，AL5873Q也包含內(nèi)建保護功能，其會使用裝置上的故障針腳，來報告問題的狀態(tài)，例如LED發(fā)生故障時。

Diodes公司的下一代產(chǎn)品，將從單信道和三信道裝置提供高達36個信道的更多信道數(shù)，甚至更多其他功能。這代表許多個別LED可以由單一驅(qū)動器裝置獨立控制，為車燈中的像素LED動畫效果創(chuàng)造機會。

AL5873Q支持PWM和模擬調(diào)光，每個通道可提供高達250mA，或合計 750mA的電流。LED電流位準可以使用兩個參考電阻器來控制，這代表相同的LED發(fā)射器既可用于后燈組，也可用于尾燈和煞車燈。這讓設(shè)計更為精簡，代表可以大幅降低物料清單(BOM)成本。

如果接面溫度過高，LED的使用壽命會大幅縮短。為了避免這種情況，AL5873Q包括溫度監(jiān)控功能，如果超過AL5873Q的閾值溫度，它會降低 LED電流。此外還提供過熱和LED燈條開路/短路保護監(jiān)控，以及輸入欠壓鎖定和故障指示燈功能。

AL5873Q采用具有外露焊墊的小尺寸TSSOP16封裝，節(jié)省燈具外殼中的寶貴空間，并提供可靠、具成本效益的解決方案，同時符合嚴格的AEC-Q100 Grade 1汽車質(zhì)量標準。AL5873Q是線性LED驅(qū)動器，不需要外部電感器，因此可以降低BOM成本，并使EMI/EMC問題易于解決。

典型產(chǎn)品應(yīng)用如圖三所示，具有六個LED通道。LED電流位準由FULL針腳控制：當FULL針腳拉高時，會由連接到REF2針腳的電阻器設(shè)定LED電流；當FULL針腳拉低時，則由連接到REF1的電阻器決定LED電流。這代表同一組LED可以同時當成尾燈和煞車燈使用，而控制器使它們能夠提供正常尾燈操作，和停止/煞車所需的兩種不同亮度等級。



 
圖三 : 典型汽車 LED 產(chǎn)品應(yīng)用

數(shù)字調(diào)光由PWM針腳控制，LED電流和亮度則是根據(jù)PWM訊號的工作周期來調(diào)整。如果偏好模擬調(diào)光，則可以藉由將ADIM針腳上的電壓從 0.3V轉(zhuǎn)換到1.5V，在0%到100%之間線性調(diào)整LED電流。

此外還提供另一個省電功能，就是睡眠或待機模式。如果將PWM針腳拉到接地，而超過7ms沒有送出訊號，則AL5873Q會進入低待機電流模式 (消耗小于250μA)。如果超過25ms沒有訊號，AL5873Q會進入超低靜態(tài)電流模式(消耗小于1μA)，從而降低整體功耗。

結(jié)論
展望未來，汽車產(chǎn)業(yè)的LED前景一片光明。首先，隨著電動車取代現(xiàn)有的汽油和柴油車型，電力消耗和電動馬達轉(zhuǎn)換效率將變得越來越重要。由于續(xù)航里程是電動車的一個關(guān)鍵賣點，因此在汽車怠速或行駛時，將所有電子配件(包括照明)使用的電力降到最低，將是延長電池壽命的主要因素之一，從而增加往來充電站之間可行駛的里程。

汽車制造商也將尋找新的方法，讓他們的產(chǎn)品之間有所差異，而LED照明可以透過客制化外型和動畫，讓他們的優(yōu)勢顯而易見。此外，車輛正在轉(zhuǎn)變成高度復(fù)雜的「車輪上的計算機」，這代表設(shè)計人員正在尋找的LED驅(qū)動器，需要能與汽車通訊，并向汽車報告問題。

隨著這些要求的演變，來自供貨商的整合式和智能型LED控制器/驅(qū)動器，將使設(shè)計人員能夠獲得LED的最佳用法和特性，無論客戶朝哪個方向發(fā)展，都能滿足他們的需求。
(本文作者Allan Lin為Diodes公司LED照明事業(yè)部總監(jiān))