安森美半導體最新矩陣式全LED前照燈方案

 近年來，憑借光效增高、能耗低、可靠性高、壽命長、尺寸小及環(huán)保等眾多優(yōu)勢，LED在汽車內部及外部照明中的應用日漸增多，已經從最初不那么緊要的汽車照明應用，如座艙內照明、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計。圖1所示的是如今典型的汽車LED照明應用。

圖1：典型汽車LED照明應用。

汽車LED照明——不僅是漂亮，更助提升汽車主動安全性

LED照明給汽車帶來的直觀好處，并不限于漂亮造型。根據美國全國公路交通安全管理局(NHTSA)和歐洲委員會(EC)統(tǒng)計，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，有助提升汽車主動安全性。實際上，為了保護駕駛員/車上人員/路邊行人的安全，業(yè)界長期致力于開發(fā)各種汽車照明方案，如用于改善夜間轉彎時照明的自適應前照燈(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用的白熾燈和高強度氣體放電燈(HID)相比，LED用于汽車照明有著無可比擬的優(yōu)點。如LED響應時間短，用于剎車燈可以增加后車的剎車距離，用于轉向燈則有更好警示效果。LED的亮度高，但又不像HID那樣刺眼，有助降低對向行駛汽車駕駛員眩目的風險。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。

典型汽車照明應用LED驅動器方案

不同汽車照明應用對LED電流的要求各不相同，故需結合具體應用要求，選擇適合的LED驅動器方案。典型LED驅動方案包括電阻、線性恒流穩(wěn)流器、線性穩(wěn)壓器及開關穩(wěn)壓器等。

其中，電阻是最簡單、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穩(wěn)壓器方案，適合低電流LED照明應用。線性穩(wěn)壓器支持多條線路并行配置以幫助散熱，提供達±2%的穩(wěn)流精度，無電磁干擾(EMI)問題，成本中等，但能效也較低。開關穩(wěn)壓器廣泛使用。這種方案成本更高，技術更復雜，但支持任何類型的輸入電壓與輸出電壓關系，且根據輸入/輸出條件，能效能夠高于90%，但存在EMI問題。

圖2：典型汽車照明應用及LED驅動器方案

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

全LED前照燈應用要求及高集成度驅動方案

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、轉向燈及日間行車燈等模塊，其中各含不同數(shù)量LED。根據研究及咨詢服務公司SNE Research的數(shù)據，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前照燈對驅動方案提出更高要求，要求高能效集成驅動器，支持從單個LED到多串LED等不同配置(電壓可高達60 V)，還要求脈寬調制(PWM)調光，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3：安森美半導體單芯片智能前照燈LED驅動器NCV78663應用電路圖。

安森美半導體配合全LED前照燈驅動需求，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、轉向指示燈及霧燈。NCV78663極適合于驅動大電流LED(電流可達2 A)，支持PWM調光以維持LED色溫及平均電流受控。NCV78663通過兩個內置獨立降壓開關通道，以極少數(shù)量的外部元件，提供驅動電壓達60 V的兩串LED的完整驅動方案。每個通道可以根據應用要求來通過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前照燈驅動器已經獲得奔馳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)內包含56顆LED，每個LED能夠分別點亮、熄滅或是調整亮度。此燈的獨特功能如下：

• 防對向車輛炫目：LED根據前雷達和立體攝像機的數(shù)據進行點亮、熄滅或者是調整亮度動作，實現(xiàn)自動調整照射范圍，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4：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)驅動結構中，LED驅動器提供恒流源，短路開關可以關閉單個LED，從而能夠根據需要來改變光束。如果在串聯(lián)驅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5a：安森美半導體矩陣式汽車LED前照燈方案示意圖。

圖5b：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。