在汽車(chē)照明系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)上有哪些解決方案？

自21世紀(jì)初以來(lái)，汽車(chē)照明應(yīng)用在數(shù)量、種類(lèi)和復(fù)雜性方面都有所增長(zhǎng)，大功率LED的出現(xiàn)加速了這一趨勢(shì)。從前照燈到儀表盤(pán)照明裝置和車(chē)牌燈，汽車(chē)照明對(duì)車(chē)輛功能、風(fēng)格、安全性和舒適性都至關(guān)重要。

每輛車(chē)的具體要求不同，造型各有不同且很復(fù)雜， 外加各地法規(guī)也不同，車(chē)輛照明系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程也因此極為復(fù)雜。因此，開(kāi)發(fā)者們更加依賴(lài)汽車(chē)照明設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行創(chuàng)新。在整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，高端仿真軟件起著十分重要的作用，從驗(yàn)證設(shè)計(jì)可行性的光學(xué)概念到得出完整、高度精練且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)者都通過(guò)軟件進(jìn)行創(chuàng)建、仿真和驗(yàn)證光學(xué)模型。除了獲得表征光學(xué)性能的各種測(cè)光數(shù)據(jù)外，開(kāi)發(fā)者們還使用逼真的圖像來(lái)準(zhǔn)確模擬車(chē)輛燈光在現(xiàn)實(shí)生活中的樣子。所有這些任務(wù)都可以在軟件中以虛擬的方式完成，從而降低建立物理原型所耗費(fèi)的時(shí)間和成本。

在本文中，我們將進(jìn)一步介紹汽車(chē)照明的類(lèi)型和功能、光學(xué)建模和仿真的重要性、車(chē)內(nèi)照明和車(chē)外照明的不同規(guī)格，以及新思科技光學(xué)解決方案系列將如何有效幫助開(kāi)發(fā)者。

哪些是汽車(chē)內(nèi)部照明?哪些是汽車(chē)外部照明?

當(dāng)駕駛員和乘客上車(chē)后看見(jiàn)的車(chē)內(nèi)燈光就是汽車(chē)內(nèi)部照明，它通常分為以下幾類(lèi)：

顯示屏和指示燈

內(nèi)部功能性照明

重點(diǎn)照明

第一類(lèi)顯示屏和指示燈讓駕駛員可以獲取各種信息，這些信息可以是儀表盤(pán)上顯示的標(biāo)準(zhǔn)信息，比如續(xù)航里程、行駛里程等，也可以是更多方面的信息，比如GPS路線導(dǎo)航、菜單驅(qū)動(dòng)顯示屏或抬頭顯示器(HUD)。

▲在LightTools中進(jìn)行HUD仿真

下一代車(chē)載顯示器可能會(huì)提供一種可由駕駛員自定義的全數(shù)字駕駛艙體驗(yàn)。顯示屏和指示燈照明的關(guān)鍵特性是顏色、亮度和亮度均勻性。

▲數(shù)字化汽車(chē)駕駛艙

第二類(lèi)是車(chē)內(nèi)照明，用來(lái)為駕駛員或乘客照亮其他物體。車(chē)內(nèi)照明系統(tǒng)通常包括座艙頂燈、鏡燈、地圖燈和閱讀燈、儲(chǔ)物燈等等。在設(shè)計(jì)這些燈時(shí)，關(guān)鍵考慮因素是精確的空間光強(qiáng)分布，既要完成特定的照明任務(wù)并達(dá)到足夠的照度和均勻性，又不會(huì)引起眩光。其次要考慮顏色，需要能同時(shí)滿(mǎn)足能見(jiàn)度和氛圍照明需求。

▲LightTools軟件中的地圖燈仿真

最后是重點(diǎn)照明，可以將其看作一種設(shè)計(jì)元素有助于打造個(gè)性化的汽車(chē)內(nèi)部氛圍。它還能在車(chē)內(nèi)光線變暗時(shí)，幫助駕駛員和乘客找到控制裝置和功能按鈕，比如電動(dòng)車(chē)窗控制裝置、收音機(jī)按鈕、杯托等。與車(chē)內(nèi)照明相比，重點(diǎn)照明通常使用較低的照度，因?yàn)槠淠康闹皇亲屓丝吹阶约?，而不是照亮?chē)內(nèi)的其他物體。對(duì)于這些系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)者需要注意的主要因素是顏色、視覺(jué)均勻性和適當(dāng)?shù)牧炼取?

來(lái)往車(chē)輛車(chē)燈絢彩奪目，光彩照人的車(chē)燈成為了一種趨勢(shì)。ISSI目前推出針對(duì)汽車(chē)車(chē)燈的多款應(yīng)用解決方案，涉及近光燈、車(chē)內(nèi)燈、日間行車(chē)燈、氛圍燈、尾燈及后霧燈等諸多應(yīng)用。不僅僅是增加車(chē)燈的亮度，更多是配合設(shè)計(jì)的線條等呈現(xiàn)出的燈光效果，動(dòng)感十足。

現(xiàn)對(duì)ISSI針對(duì)車(chē)燈的多款應(yīng)用解決方案進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

01 多款應(yīng)用解決方案推薦

1、側(cè)信號(hào)鏡轉(zhuǎn)向燈、指示燈、車(chē)牌燈

Linear LED Drivers

IS32LT3126 - IS32LT3177/78

2、霧燈，前照燈，日間行車(chē)燈 (DRL)

Switching LED Drivers

IS32LT3952 - IS32LT3953 - IS32LT3954

IS32LT3957

3、停車(chē)指示燈、CHMSL(中心高掛停車(chē)燈)

Linear LED Drivers

IS32LT3180 - IS32LT3181

IS32LT3124 - IS32LT3126

4、尾燈

Linear LED Drivers

IS32LT3124 – IS32LT3126

IS32LT3177/78

02 車(chē)內(nèi)照明——IS32LT3175

接下來(lái)我們主要介紹車(chē)內(nèi)照明的方案推薦。

IS32LT3175特性

工作電壓6V ~ 42V;

單通道電流源：通過(guò)單個(gè)外部電阻器的可編程電流、可配置從20mA到150mA;

EN瞬時(shí)接觸按鈕輸入：輸入消抖和鎖存、優(yōu)先級(jí)高于PWM輸入、伽瑪校正淡入/淡出算法;

故障保護(hù)：過(guò)電流保護(hù)、短至GND的LED線、溫度過(guò)高保護(hù);

SOP-8-EP封裝;

汽車(chē)級(jí)- AEC-Q100;

工作溫度范圍從-40°C ~ + 125°C。

IS32LT3175應(yīng)用電路

03 車(chē)內(nèi)照明——IS32LT3128 /A IS32LT3128 /A特性

工作電壓 5V ~ 42V;

雙通道電流源：通過(guò)單個(gè)外部電阻器的可編程電流、可配置從20mA到150mA;

最大30mA電流源，用于按鈕背光;

瞬時(shí)接觸按鈕/電平EN輸入：輸入消抖和鎖存、優(yōu)先級(jí)高于PWM輸入(LT3128)、優(yōu)先級(jí)低于PWM輸入(LT3128A)、伽瑪校正淡入/淡出算法;

外部PWM直接驅(qū)動(dòng)電流源;

帶報(bào)告的故障保護(hù)：LED串短路、ISET引腳對(duì)地短路、溫度過(guò)高保護(hù)

內(nèi)置300Hz PWM電源，可自動(dòng)調(diào)暗電流源;

eTSSOP-20封裝;

工作溫度范圍從-40°C ~ + 125°C。

LED因其功耗低、使用壽命較長(zhǎng)而越來(lái)越多地被汽車(chē)制造商用于照明應(yīng)用。然而，當(dāng)新技術(shù)趨勢(shì)遇到極具挑戰(zhàn)的汽車(chē)需求時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)方案的要求也水漲船高。新型LED設(shè)計(jì)解決方案不僅要避免LED熱擊穿，還要延長(zhǎng)其預(yù)期壽命。本文將介紹一種簡(jiǎn)單、低成本、基于 NTC 的線性調(diào)光電路，它可以根據(jù)溫度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流，從而提供更有效的汽車(chē) LED 照明解決方案。

首先，我們簡(jiǎn)單回顧一下汽車(chē)照明方案設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題及助力。然后，結(jié)合仿真結(jié)果展示其采樣電路。最后，通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證仿真結(jié)果，并在文章的最后一節(jié)中展示驗(yàn)證的結(jié)果。

背景信息

LED 照明是一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，但也伴隨著額外的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。在設(shè)計(jì) LED 照明系統(tǒng)時(shí)，必須同時(shí)考慮組件的熱特性，以避免熱擊穿。這在汽車(chē)照明等應(yīng)用中尤為重要，在這些應(yīng)用中，高環(huán)境溫度和長(zhǎng)工作時(shí)間會(huì)導(dǎo)致組件迅速老化。

L汽車(chē)照明技術(shù)的發(fā)展需要更大的驅(qū)動(dòng)電流和更小的封裝尺寸，這使散熱設(shè)計(jì)的優(yōu)化變得更加困難，也更加必要。較高的驅(qū)動(dòng)電流會(huì)使器件結(jié)溫升高，甚至優(yōu)化后的散熱也不能滿(mǎn)足需求。因此，必須想出一種方法，在溫度過(guò)高時(shí)可以降低 LED 電流。

大多數(shù)汽車(chē) LED 驅(qū)動(dòng)器都具有電流調(diào)光功能。例如，MPS 的 MPQ2489 利用DIM 引腳實(shí)現(xiàn) PWM 和模擬調(diào)光。然而，調(diào)光控制電路通常會(huì)由比較復(fù)雜的模擬或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，這些電路常常在終端應(yīng)用中占用大量空間并且還會(huì)增加整體系統(tǒng)成本。本文將介紹一種基于 NTC 的簡(jiǎn)單電路解決方案，可以根據(jù)溫度對(duì)輸出電流進(jìn)行線性調(diào)光。

圖 1 顯示的電路可以在溫度低于 70°C 時(shí)，保持驅(qū)動(dòng)器中的標(biāo)稱(chēng)輸出電流穩(wěn)定。如果超過(guò)溫度閾值，輸出電流會(huì)與溫度呈準(zhǔn)線性關(guān)系下降，以避免熱擊穿;當(dāng) LED 達(dá)到最高額定溫度(約120°C)時(shí)，電流值最小。

圖1: MPQ2489電路原理圖

采樣電路

本文以MPQ2489-AEC1的電路作為示例，它是MPS提供的一款 60V、1A 汽車(chē)級(jí)降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn) PWM 和模擬調(diào)光，但在本應(yīng)用中僅使用后者。要使用模擬調(diào)光功能，需要在 DIM 引腳上施加 0.3V 到 2.5V 之間的直流電壓。 該電壓可以在 250mA 和 1.1A 之間線性調(diào)節(jié) LED 電流(見(jiàn)圖 2)。當(dāng)直流電壓范圍在0.3 到 1.25V 之間時(shí)，將產(chǎn)生 250mA 到 550mA 之間的電流。

圖2: MPQ2489-AEC1模擬調(diào)光曲線

我們采用NTC 熱敏電阻(TDK 的 NTCG164BH103JTDS)來(lái)采樣溫度，其作為電壓電阻分壓器的一部分連接在電路中。NTC 電阻變化會(huì)引起分壓器輸出端電壓根據(jù)溫度變化。這會(huì)改變 DIM 引腳上的電壓，從而改變輸出電流。

施加到 DIM 引腳上的標(biāo)稱(chēng)電壓由 1.25V 參考電壓設(shè)置。 這確保了溫度低于 70°C 閾值時(shí)的輸入電壓穩(wěn)定。此外，電阻分壓器的電源電壓通過(guò)250mW 齊納二極管設(shè)置為固定的 6.2V。

當(dāng)器件溫度為 70°C 或更低時(shí)，參考電壓提供的 1.25V 限制了 DIM 輸入，并向 LED 提供550mA 電流。 一旦溫度超過(guò) 70°C 閾值，電阻分壓器輸出將降至 1.25V 以下。然后 DIM 輸入遵循電阻分壓器配置文件，隨著溫度的持續(xù)升高，繼續(xù)降低 LED 驅(qū)動(dòng)電流。

仿真測(cè)試用于估計(jì)電路的操作。本示例的仿真結(jié)果表明，在達(dá)到溫度閾值之前，DIM 電壓穩(wěn)定在 1.25V;達(dá)到閾值之后，DIM電壓呈指數(shù)下降，在溫度為 120°C 時(shí)達(dá)到0.3V最小輸出(見(jiàn)圖 3)。