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安森美半導(dǎo)體汽車最新矩陣式全LED前照燈方案

發(fā)布時(shí)間:2014-07-09 責(zé)任編輯:willwoyo

【導(dǎo)讀】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照明應(yīng)用,如座艙內(nèi)照明、停車燈及儀表板背光,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,有助提升車燈辨識(shí)度,被指定用于眾多中高檔車的前照燈系統(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LED照明應(yīng)用。

典型汽車LED照明應(yīng)用
圖1:典型汽車LED照明應(yīng)用。

汽車LED照明——不僅是漂亮,更助提升汽車主動(dòng)安全性

LED照明給汽車帶來(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。故改善汽車照明,特別是夜間和光線不足條件下的照明,有助提升汽車主動(dòng)安全性。實(shí)際上,為了保護(hù)駕駛員/車上人員/路邊行人的安全,業(yè)界長(zhǎng)期致力于開發(fā)各種汽車照明方案,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安全的日間行車燈(DRL)方案。

與傳統(tǒng)上在汽車照明中廣泛應(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,用于剎車燈可以增加后車的剎車距離,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。

典型汽車照明應(yīng)用LED驅(qū)動(dòng)器方案

不同汽車照明應(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。

典型汽車照明應(yīng)用及LED驅(qū)動(dòng)器方案
圖2:典型汽車照明應(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,用于汽車前照燈、組合尾燈及最新的AFS等應(yīng)用。[page]

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。

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
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)方車輛炫目。
繞開前方車輛輪廓:遇到前方同方向行駛車輛時(shí),可繞開前車輪廓,同時(shí)完全照亮前車左側(cè)和右側(cè)區(qū)域。因此夜間行車時(shí)可一直開啟遠(yuǎn)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(shí)別出前方行人,用大燈自動(dòng)快速閃爍,以提醒行人避開危險(xiǎn),降低夜間意外的可能。

動(dòng)態(tài)智能全LED前照燈之獨(dú)特功能示意。
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。[page]

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

安森美半導(dǎo)體矩陣式汽車LED前照燈方案示意圖
圖5b:安森美半導(dǎo)體矩陣式汽車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主動(dòng)安全性能方面的優(yōu)勢(shì),概覽典型汽車照明應(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。


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