?       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(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。圖1所示的是如今典型的汽車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(jù)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(zhuǎn)彎時照明的自適應(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(yīng)時間短，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，有助降低對向行駛汽車駕駛員眩目的風(fēng)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(yīng)用LED驅(qū)動器方案

不同汽車照明應(yīng)用對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)動器方案。典型LED驅(qū)動方案包括電阻、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(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±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(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問題。

圖2：典型汽車照明應(yīng)用及LED驅(qū)動器方案

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(yīng)用。

自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)（AFS）的應(yīng)用優(yōu)勢及工作原理

傳統(tǒng)汽車前照燈的燈光跟車身方向始終一致，在汽車轉(zhuǎn)彎時無法有效照明彎道內(nèi)側(cè)的盲區(qū)，如果彎道內(nèi)側(cè)恰好存在人或物體，而車速又未恰當降低，則會帶來安全隱患， 如圖1所示。相比較而言，AFS功能可以提供旋轉(zhuǎn)(swiveling)調(diào)節(jié)效果，能夠根據(jù)方向盤的角度轉(zhuǎn)動，把有效的光束投射到駕駛者需要看清的前方路 面上，幫助降低安全隱患。

圖3：AFS功能的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)(左圖)及水平調(diào)節(jié)(右圖)照明效果。

除了能夠進行動態(tài)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，AFS功能還能提供動態(tài)水平高度調(diào)節(jié)。此功能根據(jù)負載軸傳感器的信號來調(diào)節(jié)前照燈的水平高度，可以適應(yīng)不同的負載及不同的斜 坡環(huán)境。如圖1右側(cè)中，上圖是AFS功能在正常水平條件下的燈光投身效果，中圖是在汽車啟動或上坡時路面顛簸條件下燈光上揚效果，下圖是在剎車或下坡條件 下的燈光水平下沉照明效果。可見AFS可根據(jù)車身水平傾斜情況動態(tài)調(diào)節(jié)燈光高度，改善照明效果，增強安全性。AFS工作原理結(jié)構(gòu)圖分別如圖2和圖3所示。

圖4：AFS的工作原理結(jié)構(gòu)圖。

圖5：AFS的工作原理結(jié)構(gòu)圖

全LED前照燈應(yīng)用及高集成度驅(qū)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(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LED前照燈的滲透率不足5%，但預(yù)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(qū)動方案提出更高要求，要求高能效集成驅(qū)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(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，且對散熱、診斷及通信接口等多方面提出了要求。

圖1：安森美半導(dǎo)體單芯片智能前照燈LED驅(qū)動器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(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)計人員能夠以單顆SoC控制遠光燈及近光 燈、日間行車燈、轉(zhuǎn)向指示燈及霧燈。NCV78663極適合于驅(qū)動大電流LED(電流可達2 A)，支持PWM調(diào)光以維持LED色溫及平均電流受控。NCV78663通過兩個內(nèi)置獨立降壓開關(guān)通道，以極少數(shù)量的外部元件，提供驅(qū)動電壓達60 V的兩串LED的完整驅(qū)動方案。每個通道可以根據(jù)應(yīng)用要求來通過SPI接口和/或OTP設(shè)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(shè)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(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)動器已經(jīng)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(dǎo)體NCV70522步進電機驅(qū)動器。

安森美半導(dǎo)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(nèi)包含56顆LED，每個LED能夠分別點亮、熄滅或是調(diào)整亮度。此燈的獨特功能如下：

· 防對向車輛炫目：LED根據(jù)前雷達和立體攝像機的數(shù)據(jù)進行點亮、熄滅或者是調(diào)整亮度動作，實現(xiàn)自動調(diào)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(cè)和右側(cè)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2：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(qū)動結(jié)構(gòu)。采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)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(qū)動結(jié)構(gòu)中，LED驅(qū)動器提供恒流源，短路開關(guān)可以關(guān)閉單個LED，從而能夠根據(jù)需要來改變光束。如果在串聯(lián)驅(qū)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(jié)構(gòu)所固有的能耗及熱管理問題。

圖3a：安森美半導(dǎo)體矩陣式汽車LED前照燈方案示意圖。

圖3b：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(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，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(yīng)用的LED驅(qū)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(dǎo)體NCV78663高集成度LED驅(qū)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(yīng)用。

尾燈方案

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

汽車電池系統(tǒng)電壓波動范圍大，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個線性可編程恒流源。采用NCV7680的系統(tǒng)可支持兩個亮度等級，一個用于剎車燈，一個用于尾燈;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

為配合常見的LED串組合尾燈配置，NCV7680提供8路匹配輸出，用于單獨驅(qū)動各串，而電流由單顆電阻設(shè)定。單獨驅(qū)動各可串確保不同串之間的電流分 配均衡。NCV7680可以單獨使用，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、日間行車燈(DRL)、霧燈、中央高位剎車燈 (CHMSL)陣列、轉(zhuǎn)向信號燈及其他外部調(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)總線是一種用于當今汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的低成本串行通信協(xié)議。NCV7430 LIN RGB LED驅(qū)動器結(jié)合了LIN收發(fā)器與RGB LED驅(qū)動器及存儲器，適用于汽車內(nèi)部照明。這款單芯片RGB驅(qū)動器可監(jiān)視汽車內(nèi)部照明中的專用多色彩LED應(yīng)用。

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

       圖6：汽車內(nèi)部照明方案

NCV7430的特性還包括保護及診斷過流檢測(對地及VBB短路檢測、LED開路檢測、高溫警示及關(guān)閉和檢測到錯誤時重試模式);省電(休眠模式供電電流20 mA、兼容14 V汽車系統(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)。

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)是簡單、經(jīng)濟及強固的器件，為成本敏感的LED應(yīng)用提供有效的穩(wěn)流方案，適用于汽車外部照明，如中央高位剎車燈 (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輸出電流進行穩(wěn)流，其 設(shè)計帶有負溫度系數(shù)特性，用于保護LED在極端電壓及工作條件下免受熱失控影響。

型號為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;負溫度系數(shù)在高環(huán)境溫度條件下可保護 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)動方案。緊湊型350 mA降壓LED驅(qū)動器CAV4201和CAT4201采用專利的平均電流穩(wěn)流架構(gòu)，可用24 V電源驅(qū)動串聯(lián)的多達7顆LED，處理達40 V的瞬態(tài)電壓，能效高于94%;還具有限流及過熱保護、LED開路保護功能。其汽車版本CAV4201通過了AEC-Q100認證。另一款用于高亮度 LED的多拓撲恒流開關(guān)穩(wěn)壓器NCV3065，驅(qū)動電流達1.5 A，采用外部開關(guān)提升能效，支持PWM及模擬調(diào)光，可承受達40 V瞬態(tài)電壓。