?       近年來，憑借光效增高、能耗低、可靠性高、壽命長、尺寸小及環保等眾多優勢，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，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，業界長期致力于開發各種汽車照明方案，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、線性恒流穩流器、線性穩壓器及開關穩壓器等。

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。恒流穩流器(CCR)性能高于電阻方案，但成本低 于線性或開關穩壓器方案，適合低電流LED照明應用。線性穩壓器支持多條線路并行配置以幫助散熱，提供達±2%的穩流精度，無電磁干擾(EMI)問題，成 本中等，但能效也較低。開關穩壓器廣泛使用。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，能夠承受高達125℃的環境溫度，用于汽車前照燈、組合尾燈及最新的AFS等應用。

自適應前照燈系統（AFS）的應用優勢及工作原理

傳統汽車前照燈的燈光跟車身方向始終一致，在汽車轉彎時無法有效照明彎道內側的盲區，如果彎道內側恰好存在人或物體，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(swiveling)調節效果，能夠根據方向盤的角度轉動，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功能的旋轉調節(左圖)及水平調節(右圖)照明效果。

除了能夠進行動態旋轉調節，AFS功能還能提供動態水平高度調節。此功能根據負載軸傳感器的信號來調節前照燈的水平高度，可以適應不同的負載及不同的斜 坡環境。如圖1右側中，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可根據車身水平傾斜情況動態調節燈光高度，改善照明效果，增強安全性。AFS工作原理結構圖分別如圖2和圖3所示。

圖4：AFS的工作原理結構圖。

圖5：AFS的工作原理結構圖

全LED前照燈應用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，其中各含不同數量LED。根據 研究及咨詢服務公司SNE Research的數據，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1：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流器及雙LED驅動器系統級芯片(SoC)，用于先進的LED 前照燈系統。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智能全LED前照燈方案

近年來，市場上出現了矩陣式動態智能全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據進行點亮、熄滅或者是調整亮度動作，實現自動調整照射范圍，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：動態智能全LED前照燈之獨特功能示意。

這樣的矩陣式動態智能全LED前照燈可以采用串聯或并聯驅動結構。采用并聯結構時，各顆LED在電氣特性方面的差異對照明系統的性能有顯著影響，造成能 耗增加及散熱問題。串聯驅動結構中，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。如果在串聯驅動電路中增加伴侶芯 片(像素控制器)，透過系統劃分，這樣就有可能避免并聯拓撲結構所固有的能耗及熱管理問題。

圖3a：安森美半導體矩陣式汽車LED前照燈方案示意圖。

圖3b：安森美半導體矩陣式汽車LED前照燈方案示意圖(續)。

安森美半導體的NCV78763降壓-升壓LED驅動IC在這矩陣式動態智能全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 LED前照燈系統中的應用。

尾燈方案

現在汽車組合尾燈(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。安森美半導體的NCV7680是用于汽車LED組合尾燈的線性穩流器及控制器，具有驅動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調光、過壓及過溫時降低輸出功率等特性。

汽車電池系統電壓波動范圍大，在低電壓條件下提供恒定LED光輸出是關鍵特 性。NCV7680包含8個線性可編程恒流源。采用NCV7680的系統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調光方法)。PWM發生器的固定頻率可提供無閃爍的照明。可選的外部鎮流器FET允許在要求大電流的設計中分配功率。

       圖5：有外部FET鎮流器晶體管的應用圖

為配合常見的LED串組合尾燈配置，NCV7680提供8路匹配輸出，用于單獨驅動各串，而電流由單顆電阻設定。單獨驅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雜系統。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、轉向信號燈及其他外部調制應用、液晶顯示器(LCD)背光、照明模塊等。

汽車內部及外部照明方案

1）內部RGB LED照明方案

本地互連網絡(LIN)總線是一種用于當今汽車網絡架構的低成本串行通信協議。NCV7430 LIN RGB LED驅動器結合了LIN收發器與RGB LED驅動器及存儲器，適用于汽車內部照明。這款單芯片RGB驅動器可監視汽車內部照明中的專用多色彩LED應用。

NCV7430包含 LIN接口(從器件)，用于LED色彩及光強度參數設定。該器件通過LIN總線接收指令，隨后獨立驅動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信息(參數值及錯誤標志)。NCV7430的LIN地址可通過器件內部存儲器編程固化。

       圖6：汽車內部照明方案

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);以及EMI兼容性(LIN總線集成斜坡控制、LED調制模式降低EMC)。

2）外部及內部照明恒流穩流器（CCR）方案

雙端線性恒流穩流器(CCR)是簡單、經濟及強固的器件，為成本敏感的LED應用提供有效的穩流方案，適用于汽車外部照明，如中央高位剎車燈 (CHMSL)，以及內部照明，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流器，在寬輸入電壓范圍下對輸出電流進行穩流，其 設計帶有負溫度系數特性，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的器件的穩流電流可在寬電壓范圍內提供恒定亮度;負溫度系數在高環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：汽車外部及內部照明的恒流穩流器

除以上方案，安森美半導體還提供其它LED驅動方案。緊湊型350 mA降壓LED驅動器CAV4201和CAT4201采用專利的平均電流穩流架構，可用24 V電源驅動串聯的多達7顆LED，處理達40 V的瞬態電壓，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的多拓撲恒流開關穩壓器NCV3065，驅動電流達1.5 A，采用外部開關提升能效，支持PWM及模擬調光，可承受達40 V瞬態電壓。