安森美半導(dǎo)體汽車(chē)照明應(yīng)用的LED及電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案

隨著LED光輸出不斷提升，彩色及白光高亮度LED已能替代白熾燈用于汽車(chē)照明。由于LED是低壓器件，根據(jù)色彩及電流不同，其正向電壓可能介于2 V至4.5 V之間;LED還需要以恒定電流驅(qū)動(dòng)，以確保所要求的光強(qiáng)度和色彩。安森美半導(dǎo)體為汽車(chē)照明應(yīng)用提供符合汽車(chē)應(yīng)用嚴(yán)格要求的豐富LED照明及電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，滿(mǎn)足不同汽車(chē)照明應(yīng)用的需求。

汽車(chē)前照燈方案

現(xiàn)在路上行駛的大多數(shù)汽車(chē)都裝備了鹵素?zé)?，帶有主要前照燈功能——遠(yuǎn)光燈及近光燈。鹵素近光燈的功率消耗約55 W，提供約1,000流明的光輸出。而十年前推出的高強(qiáng)度氣體放電燈(HID)消耗功率約為35 W，光輸出約3,500流明。由于極高的光強(qiáng)度和眩光，會(huì)給迎面駛來(lái)的汽車(chē)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，一些國(guó)家要求近光燈要自動(dòng)調(diào)節(jié)，并附加高壓清洗裝置。隨著時(shí)間推移，HID燈將在雙氙氣方案中集成遠(yuǎn)光燈功能。

雖然鹵素?zé)艏夹g(shù)仍是可行的前照燈方案，但汽車(chē)設(shè)計(jì)已經(jīng)開(kāi)始越來(lái)越多地使用LED照明技術(shù)，以提供豐富的造型選擇，支持燈具“即時(shí)導(dǎo)通”，并實(shí)現(xiàn)0%到100%的亮度控制。

前照燈另一個(gè)重要用途是優(yōu)化彎道可見(jiàn)度的自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)(AFS)的光束旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境調(diào)配光束的自適應(yīng)駕駛光束(ADB)。步進(jìn)電機(jī)為AFS及ADB提供主要的控制功能。安森美半導(dǎo)體提供專(zhuān)門(mén)為前照燈設(shè)計(jì)的完整產(chǎn)品系列，包括通用燈泡驅(qū)動(dòng)器方案、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、LED驅(qū)動(dòng)器及氙氣燈驅(qū)動(dòng)器。

1) 前照燈的水平及旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方案

AMIS-30623單芯片微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制器及LIN接口可用于設(shè)計(jì)與LIN主機(jī)遠(yuǎn)程連接的專(zhuān)用機(jī)電方案。該器件通過(guò)總線接收位置指令，并使用可配置的電流、速度、加速度及減速度參數(shù)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)線圈至所需的位置，還可檢測(cè)電機(jī)停轉(zhuǎn)狀況，適用于前照燈水平調(diào)整和旋轉(zhuǎn)控制。

圖1：?jiǎn)涡酒⒉竭M(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及LIN接口

NCV70521和NCV70522是單芯片微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，帶有電流轉(zhuǎn)換表和SPI接口。NCV70522還包含嵌入式5 V穩(wěn)壓器及看門(mén)狗復(fù)位功能。該器件用作外設(shè)驅(qū)動(dòng)器，從微控制器接收“下一個(gè)微步指令，并以想要的速度同步電機(jī)線圈電流。集成SPI總線允許參數(shù)設(shè)置及診斷反饋。

圖2：帶電流轉(zhuǎn)換表和SPI接口的單芯片微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

2) 先進(jìn)LED前照燈系統(tǒng)的電源鎮(zhèn)流器及雙LED驅(qū)動(dòng)器

用于前照燈的NCV78663單芯片智能LED驅(qū)動(dòng)器支持以單個(gè)模塊控制遠(yuǎn)光燈、近光燈、日間行車(chē)燈、示廓燈、轉(zhuǎn)向燈、轉(zhuǎn)向指示燈及霧燈。它集成數(shù)字調(diào)光、SPI可編程設(shè)置及內(nèi)置診斷功能，提供集成的高能效方案，全面控制前照燈。

NCV78663是降壓-升壓拓?fù)涞腖ED穩(wěn)流器，具有恒定平均電流、高能效集成降壓開(kāi)關(guān)(高邊)、高達(dá)2A的電流，以及擴(kuò)展診斷功能(檢測(cè)開(kāi)路或驅(qū)動(dòng)器故障、短路、過(guò)流保護(hù)、單個(gè)LED故障)、熱保護(hù)的特性。

圖3：前照燈單芯片智能LED驅(qū)動(dòng)器

圖4：NCV78663演示套件

尾燈方案

現(xiàn)在汽車(chē)組合尾燈(RCL)越來(lái)越多地采用LED燈體組，不僅外形美觀、光效高，更有助于后車(chē)清晰地看到前車(chē)的行駛狀態(tài)。安森美半導(dǎo)體的NCV7680是用于汽車(chē)LED組合尾燈的線性穩(wěn)流器及控制器，具有驅(qū)動(dòng)LED串恒流輸出、LED串開(kāi)路診斷(帶開(kāi)漏極輸出)、消除EMI顧慮的歪曲率控制功能、片上1 kHz尾沿PWM調(diào)光、過(guò)壓及過(guò)溫時(shí)降低輸出功率等特性。

汽車(chē)電池系統(tǒng)電壓波動(dòng)范圍大，在低電壓條件下提供恒定LED光輸出是關(guān)鍵特性。NCV7680包含8個(gè)線性可編程恒流源。采用NCV7680的系統(tǒng)可支持兩個(gè)亮度等級(jí)，一個(gè)用于剎車(chē)燈，一個(gè)用于尾燈;也可以采用可選的PWM控制(首選的LED調(diào)光方法)。PWM發(fā)生器的固定頻率可提供無(wú)閃爍的照明。可選的外部鎮(zhèn)流器FET允許在要求大電流的設(shè)計(jì)中分配功率。

圖5：有外部FET鎮(zhèn)流器晶體管的應(yīng)用圖

為配合常見(jiàn)的LED串組合尾燈配置，NCV7680提供8路匹配輸出，用于單獨(dú)驅(qū)動(dòng)各串，而電流由單顆電阻設(shè)定。單獨(dú)驅(qū)動(dòng)各可串確保不同串之間的電流分配均衡。NCV7680可以單獨(dú)使用，也可以與其它一些支持電路一起組成更復(fù)雜系統(tǒng)。該器件適用于組合尾燈、日間行車(chē)燈(DRL)、霧燈、中央高位剎車(chē)燈(CHMSL)陣列、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈及其他外部調(diào)制應(yīng)用、液晶顯示器(LCD)背光、照明模塊等。

汽車(chē)內(nèi)部及外部照明方案

1) 內(nèi)部RGB LED照明方案

本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)總線是一種用于當(dāng)今汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的低成本串行通信協(xié)議。NCV7430 LIN RGB LED驅(qū)動(dòng)器結(jié)合了LIN收發(fā)器與RGB LED驅(qū)動(dòng)器及存儲(chǔ)器，適用于汽車(chē)內(nèi)部照明。這款單芯片RGB驅(qū)動(dòng)器可監(jiān)視汽車(chē)內(nèi)部照明中的專(zhuān)用多色彩LED應(yīng)用。

NCV7430包含LIN接口(從器件)，用于LED色彩及光強(qiáng)度參數(shù)設(shè)定。該器件通過(guò)LIN總線接收指令，隨后獨(dú)立驅(qū)動(dòng)LED。NCV7430在LIN總線上用作從器件，而主器件可以通過(guò)總線讀取特定狀態(tài)信息(參數(shù)值及錯(cuò)誤標(biāo)志)。NCV7430的LIN地址可通過(guò)器件內(nèi)部存儲(chǔ)器編程固化。

圖6：汽車(chē)內(nèi)部照明方案

NCV7430的特性還包括保護(hù)及診斷過(guò)流檢測(cè)(對(duì)地及VBB短路檢測(cè)、LED開(kāi)路檢測(cè)、高溫警示及關(guān)閉和檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)重試模式);省電(休眠模式供電電流20 mA、兼容14 V汽車(chē)系統(tǒng));以及EMI兼容性(LIN總線集成斜坡控制、LED調(diào)制模式降低EMC)。[!--empirenews.page--]

2) 外部及內(nèi)部照明恒流穩(wěn)流器(CCR)方案

雙端線性恒流穩(wěn)流器(CCR)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)及強(qiáng)固的器件，為成本敏感的LED應(yīng)用提供有效的穩(wěn)流方案，適用于汽車(chē)外部照明，如中央高位剎車(chē)燈(CHMSL)，以及內(nèi)部照明，如座艙燈、化妝鏡燈、手套箱。該器件不要求外部元件，可用作高邊或低邊穩(wěn)流器，在寬輸入電壓范圍下對(duì)輸出電流進(jìn)行穩(wěn)流，其設(shè)計(jì)帶有負(fù)溫度系數(shù)特性，用于保護(hù)LED在極端電壓及工作條件下免受熱失控影響。

型號(hào)為NSI45xxx、NSI50xxx、NSIC20xx、NSI45xxxJ和NSI50150AD的器件的穩(wěn)流電流可在寬電壓范圍內(nèi)提供恒定亮度;負(fù)溫度系數(shù)在高環(huán)境溫度條件下可保護(hù)LED;提供多種最大電壓版本(45 V、50 V及120 V)，可承受電池電壓突降。

圖7：汽車(chē)外部及內(nèi)部照明的恒流穩(wěn)流器

除以上方案，安森美半導(dǎo)體還提供其它LED驅(qū)動(dòng)方案。緊湊型350 mA降壓LED驅(qū)動(dòng)器CAV4201和CAT4201采用專(zhuān)利的平均電流穩(wěn)流架構(gòu)，可用24 V電源驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的多達(dá)7顆LED，處理達(dá)40 V的瞬態(tài)電壓，能效高于94%;還具有限流及過(guò)熱保護(hù)、LED開(kāi)路保護(hù)功能。其汽車(chē)版本CAV4201通過(guò)了AEC-Q100認(rèn)證。另一款用于高亮度LED的多拓?fù)浜懔鏖_(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器NCV3065，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)1.5 A，采用外部開(kāi)關(guān)提升能效，支持PWM及模擬調(diào)光，可承受達(dá)40 V瞬態(tài)電壓。

總結(jié)

安森美半導(dǎo)體運(yùn)用低壓及高壓技術(shù)及電源管理方案方面的專(zhuān)知和技術(shù)，以及先進(jìn)汽車(chē)工藝技術(shù)為汽車(chē)照明應(yīng)用提供各種先進(jìn)解決方案。所有這些集成電路均符合汽車(chē)可靠性和溫度等規(guī)范及環(huán)保要求，同時(shí)能夠滿(mǎn)足人們對(duì)車(chē)內(nèi)照明控制、前照燈、后組合燈、霧燈、示廓燈，尤其是新光源等方面越來(lái)越高的要求，在為駕駛者帶來(lái)舒適性和樂(lè)趣，豐富消費(fèi)者體驗(yàn)的同時(shí)，也滿(mǎn)足了環(huán)保和節(jié)能的要求。