除了使用壽命長(zhǎng)、高能效，以及控制光源的能力，LED照明還由于具有高亮度，能讓汽車(chē)駕駛更安全，因而明顯在汽車(chē)業(yè)中取得進(jìn)展。LED燈可以安裝或整合在整個(gè)車(chē)輛四周，包括車(chē)頭、車(chē)尾、側(cè)面甚至頂部。在車(chē)子的第三煞車(chē)燈/停車(chē)燈，以及方向燈中使用LED已經(jīng)有一段時(shí)間了，現(xiàn)在車(chē)尾組合燈(RCL)和霧燈也開(kāi)始使用LED。
為了提高安全性，汽車(chē)制造商開(kāi)始在其照明系統(tǒng)中置入更多智能。其中自適應(yīng)智慧頭燈(ADB)技術(shù)可以根據(jù)環(huán)境和“動(dòng)態(tài)光影”照明，動(dòng)態(tài)地調(diào)整遠(yuǎn)光燈。例如在駕駛艙中的駕駛輔助提示和車(chē)輛狀態(tài)信息，以及提供安全警示、先進(jìn)導(dǎo)航和盲區(qū)警告的燈條。
根據(jù)Yole Développement (Yole)的資料，汽車(chē)照明正成為自動(dòng)駕駛發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)，能夠在整合本地?cái)z影機(jī)、雷達(dá)和光達(dá)(LiDAR)等傳感器時(shí)發(fā)揮關(guān)鍵作用。
Yole的“先進(jìn)前照明系統(tǒng)”(Advanced Front-Lighting Systems)報(bào)告指出，汽車(chē)數(shù)字化是汽車(chē)發(fā)展的大趨勢(shì)，如今正朝向電動(dòng)車(chē)和自動(dòng)駕駛車(chē)的方向發(fā)展。這包括利用新的數(shù)字途徑提供安全性、舒適性和信息服務(wù)，以及隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)朝向?yàn)樗杏寐啡颂峁└行ㄓ嵉姆较蚯斑M(jìn)，外部照明變得更加重要。圖1針對(duì)手動(dòng)駕駛與先進(jìn)輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)這2種行車(chē)架構(gòu)進(jìn)行了比較。
圖1 手動(dòng)駕駛與ADAS駕駛系統(tǒng)架構(gòu)比較。(圖片來(lái)源：Yole Développement)
Yole指出，隨著成本的降低，以及效率、亮度和封裝尺寸的改善，LED正迅速普及，目前LED頭燈在新興市場(chǎng)中已經(jīng)商業(yè)化，幾乎所有汽車(chē)制造商和Tier One零件供貨商都已開(kāi)發(fā)出完整的LED頭燈系統(tǒng)。該報(bào)告還發(fā)現(xiàn)，目前每輛車(chē)使用的先進(jìn)LED矩陣頭燈中使配備超過(guò)50個(gè)LED，并已廣泛應(yīng)用于高檔汽車(chē)領(lǐng)域。
LED還可用于車(chē)輛內(nèi)部照明，例如儀表板、車(chē)載信息系統(tǒng)、門(mén)燈、閱讀燈、溫度控制系統(tǒng)和音頻/視訊系統(tǒng)。
根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)LEDinside的信息，有些供貨商正在開(kāi)發(fā)用于室內(nèi)照明的RGB LED，實(shí)現(xiàn)全彩混合和動(dòng)態(tài)環(huán)境等功能，并成為智能照明發(fā)展的趨勢(shì)之一。
本文分別探討車(chē)用照明的10種創(chuàng)新LED和LED驅(qū)動(dòng)器。
LED
隨著越來(lái)越多的汽車(chē)頭燈采用LED，歐司朗光電半導(dǎo)體(Osram Opto Semiconductors)等LED制造商持續(xù)努力提高亮度、能效和熱性能。該公司已經(jīng)發(fā)布了幾款具有更高駕駛安全性的下一代LED產(chǎn)品，包括最新版的Oslon Compact PL和Oslon Black Flat S LED。
歐司朗將推出新一代單芯片至四芯片版Oslon Compact PL系列。與之前的產(chǎn)品一樣，其陶瓷組件有一個(gè)絕緣墊，使封裝更易散熱。該產(chǎn)品可提供更高的電流，其中單芯片版本在電流1A、芯片面積1mm?時(shí)可實(shí)現(xiàn)395流明(lm)的亮度。
該產(chǎn)品尺寸僅為1.9 × 1.5 × 0.73mm，適用于ADB系統(tǒng)和空間極為緊湊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。ADB頭燈(也稱為智能頭燈)可為駕駛?cè)颂峁└玫囊曇啊?/div>
歐司朗還擴(kuò)展了其Oslon Black Flat S系列產(chǎn)品，提供單芯片和雙芯片版本。該組件采用特殊的導(dǎo)線架，具有最高的對(duì)比度值( >1:200)和極低的熱阻，因此允許更高的電流。其單芯片版本在1A時(shí)可達(dá)到395流明。其UX:3芯片的照明表面是正方形，讓頭燈制造商更易于進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)。
由于在1A時(shí)可提供高達(dá)130lm的效率值，歐司朗相信未來(lái)車(chē)頭燈的散熱片可以做得更小，甚至無(wú)需使用散熱片。新一代Oslon Compact PL和Oslon Black Flat S的封裝尺寸不變。
三星電子(Samsung Electronics)也升級(jí)了兩款車(chē)用LED，以提供更高的光效。據(jù)該公司稱，其第二代C系列和FX系列提供133lm/W光效，是光效最高的大功率汽車(chē)LED之一(圖2)。這些封裝可以在低壓時(shí)提供更大的亮度，采用更小的散熱片，使車(chē)燈設(shè)計(jì)更輕巧，從而降低了車(chē)燈制造商的系統(tǒng)成本。
圖2 三星的FX系列LED。(圖片來(lái)源：三星電子)
三星C系列的目標(biāo)應(yīng)用是外部照明燈，例如車(chē)頭燈，一般需要更大的光通量和高可靠性，尤其是在惡劣的工作條件下。C系列包含多達(dá)四種多芯片設(shè)計(jì)，可提供高達(dá)1,560lm的光通量，其陶瓷基板的熱穩(wěn)定度和高耐用性更進(jìn)一步提高了每個(gè)封裝的可靠性。
此外，三星并透露C系列采用獨(dú)特的熒光混合物，較其前一代倍增了對(duì)比度最高達(dá)到1,000:1，從而大幅擴(kuò)展了駕駛?cè)说囊曇啊系列提供各種光通量和尺寸可供選擇。
三星還稱其FX系列具有更高可靠性，采用覆晶芯片封裝，尺寸為1.8 × 1.4mm。FX LED體積精巧，實(shí)現(xiàn)更流暢的設(shè)計(jì)，可用于日行燈(DRL)、抬頭顯示器(HUD)以及下一代ADB。
首爾半導(dǎo)體(Seoul Semiconductor)推出下一代晶圓級(jí)超高亮度(UHL)系列WICOP LED——無(wú)需封裝直接將LED芯片焊接在PCB上，專用于電動(dòng)車(chē)(EV)頭燈。與其他LED相較，使用新型WICOP UHL LED的EV頭燈功耗降低達(dá)20%，散熱性能提高40%，預(yù)計(jì)2021年開(kāi)始量產(chǎn)。圖3顯示W(wǎng)ICOP UHL LED技術(shù)。
圖3 首爾半導(dǎo)體的晶圓級(jí)WICOP UHL LED技術(shù)。(圖片來(lái)源：Seoul Semiconductor)
電池功耗是決定單次充電行駛距離的重要指標(biāo)之一，因此降低汽車(chē)組件的整體重量以降低功耗至關(guān)重要。
在車(chē)頭燈中采用此晶圓級(jí)WICOP UHL技術(shù)，有助于使散熱片的重量減少75%。此外，產(chǎn)品的LED發(fā)光區(qū)域非常小，約為0.5mm2，可實(shí)現(xiàn)細(xì)光束頭燈設(shè)計(jì)。
首爾半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)的晶圓級(jí)WICOP產(chǎn)品是該公司首款專利無(wú)封裝LED技術(shù)。該公司表示：“覆晶封裝芯片技術(shù)必須在半導(dǎo)體制程中進(jìn)行接合，而WICOP LED則可以在一般的基底接合過(guò)程中輕松進(jìn)行表面黏著(SMT)。”
億光電子(Everlight Electronics)已在其智能LED系列中嵌入了智能IC驅(qū)動(dòng)器，透過(guò)控制器更有效地管理色彩并調(diào)整亮度，用于汽車(chē)內(nèi)部照明。其智能多功能汽車(chē)RGB技術(shù)(Smart Multi-Function Automotive RGB Technology，EL SMARTLED)，讓汽車(chē)制造商可在車(chē)輛內(nèi)裝中使用多種顏色。億光電子是ISELED聯(lián)盟的成員，該聯(lián)盟致力于開(kāi)發(fā)適用于汽車(chē)內(nèi)裝的智能LED技術(shù)并改善用戶體驗(yàn)。
EL SMARTLED (XI3040-RGBIC0251L-AM)將驅(qū)動(dòng)器IC整合到RGB-LED封裝中，以控制三階SDCM (MacAdam Ellipse)中的組件校準(zhǔn)色差。該整合的驅(qū)動(dòng)器IC透過(guò)溫度檢測(cè)紅光LED以控制熱失控。EL SMARTLED透過(guò)LIN接口串聯(lián)多達(dá)4,000個(gè)LED，傳輸速度高達(dá)2Mbps，從而提供比傳統(tǒng)RGB-LED更好的色彩均勻性。
智能LED采用SMD封裝，尺寸為3.0 × 4.1 × 0.9mm。汽車(chē)內(nèi)裝應(yīng)用包括內(nèi)部照明、車(chē)頂閱讀照明和儀表板顯示器。
同樣地，Dominant Opto Technologies也推出了智能LED系列——智能嵌入式數(shù)字驅(qū)動(dòng)器LED (seddLED)。單個(gè)封裝中整合了用于汽車(chē)環(huán)境照明的RGB LED、LED驅(qū)動(dòng)器，以及先進(jìn)的ISELED通訊協(xié)議。
該公司seddLED3.0系列的第一個(gè)產(chǎn)品是A3A-FKG-1400-1，預(yù)校準(zhǔn)至D65白點(diǎn)，亮度為1,400mcd，色容差小于3SDCM；其優(yōu)點(diǎn)在于可透過(guò)控制LED峰值電流(PWM)、波長(zhǎng)校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償來(lái)微調(diào)色彩和強(qiáng)度的變化。
第二款產(chǎn)品是A3A-FKG-RGB-1，預(yù)校準(zhǔn)至單獨(dú)的紅光、真綠和藍(lán)光，亮度分別為400mcd、1,600mcd和250mcd。該公司還推出seddLED3.4系列的A3A-FKG-1400-1產(chǎn)品，預(yù)校準(zhǔn)至D65白點(diǎn)，亮度為1,400mcd，色容差小于3SDCM。
LED驅(qū)動(dòng)器
為了充份利用LED的優(yōu)勢(shì)并實(shí)現(xiàn)最高效的光輸出，LED必須搭配適用的LED驅(qū)動(dòng)器。本文將介紹五款LED驅(qū)動(dòng)器。
Diodes提供的AL8843Q和AL8862Q DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器(圖4)可驅(qū)動(dòng)汽車(chē)內(nèi)裝和外部LED燈使用的單個(gè)LED或多個(gè)LED燈串，應(yīng)用于DRL、霧燈、方向燈和煞車(chē)/停止燈等汽車(chē)照明應(yīng)用。兩款組件均采用SO-8EP封裝，符合AEC-Q100 1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
圖4 Diode的DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器。(圖片來(lái)源：Diodes)
供電電壓范圍為4.5V~40V的AL8843Q和供電電壓范圍為5V~55V的AL8862Q降壓轉(zhuǎn)換器可以承受更大的電壓變化，例如低啟動(dòng)或停止-啟動(dòng)操作時(shí)負(fù)載突降，LED的驅(qū)動(dòng)電流并不至于降低。其安全功能包括過(guò)熱保護(hù)，以及LED短路和開(kāi)路保護(hù)。AL8862Q還整合了開(kāi)漏故障指示接腳。
DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器支持0%~100%的PWM全級(jí)調(diào)光，可透過(guò)0.4V~2.5V模擬輸入進(jìn)行控制，也可由外部微控制器(MCU)或主處理器產(chǎn)生的PWM信號(hào)加以控制。兩款組件均整合了一個(gè)功率MOSFET：40V/0.2Ω型號(hào)用于AL8843Q，55V/0.4Ω型號(hào)用于AL8862Q。此外還配備遲滯模式降壓型LED驅(qū)動(dòng)器控制功能，簡(jiǎn)化了反饋回路，工程師只需使用四個(gè)外部組件即可實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定的降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。
安森美半導(dǎo)體(ON Semiconductor)發(fā)布了一系列簡(jiǎn)化先進(jìn)車(chē)輛照明的4款組件，可確保更高的道路安全性。新系列適用于低功率固態(tài)照明，包含兩個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器(NCV7683和NCV7685)，以及兩個(gè)電流控制器(NCV7691和NCV7692)。圖5所示為NCV7685 LED驅(qū)動(dòng)器。
圖5 安森美適用于低功率固態(tài)照明的LED驅(qū)動(dòng)器。(圖片來(lái)源：安森美)
安森美半導(dǎo)體指出，為了提高道路安全性，汽車(chē)制造商不再簡(jiǎn)單地使用“開(kāi)/關(guān)”(on/off)控制，而是轉(zhuǎn)向更進(jìn)復(fù)雜的系統(tǒng)，在RCL、方向燈、霧燈和其他外部調(diào)節(jié)LED燈簇中導(dǎo)入運(yùn)動(dòng)和可變強(qiáng)度功能，為其他道路用戶提供更高能見(jiàn)度的警告。
NCV7685和NCV7683分別整合了12個(gè)和8個(gè)線性可編程電流源，能夠以每通道高達(dá)100mA的電流驅(qū)動(dòng)LED燈簇。其配置選項(xiàng)包括菊煉、照明級(jí)控制、電流調(diào)節(jié)、循序功能，以及信道組合。
NCV7685采用具有CRC8錯(cuò)誤檢測(cè)功能的8位I2C接口，透過(guò)PWM單獨(dú)調(diào)整輸出電流，并利用專用診斷接腳完成先進(jìn)診斷(包括檢測(cè)LED燈串開(kāi)路或欠壓等)。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，NCV7685還可由DC/DC控制器和/或LDO穩(wěn)壓器供電。
NCV7691只使用一個(gè)外部NPN雙極晶體管和一個(gè)回饋電阻，可提供寬廣的電流調(diào)節(jié)范圍來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)LED串。該驅(qū)動(dòng)器可在多信道系統(tǒng)中添加單信道，并透過(guò)其PWM輸入支持調(diào)光功能。NCV7691利用開(kāi)路、短路和熱關(guān)斷功能來(lái)實(shí)現(xiàn)安全操作。其后衍生的NCV7692具有更短的響應(yīng)時(shí)間，可降低開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)的閾值。
針對(duì)新興智慧汽車(chē)照明應(yīng)用，Melexis利用其MeLiBu (Melexis Light Bus)高速通訊IP開(kāi)發(fā)了RGB-LED驅(qū)動(dòng)器，可實(shí)現(xiàn)汽車(chē)內(nèi)裝的智能動(dòng)態(tài)光影照明。通訊接口可讓汽車(chē)制造商利用車(chē)艙中的動(dòng)態(tài)光影功能，例如駕駛輔助提示和車(chē)輛狀態(tài)信息，以提高汽車(chē)安全性。燈條則可用于安全警告、先進(jìn)導(dǎo)航，以及盲點(diǎn)警告。
MLX81116是一款全整合式智能汽車(chē)LED驅(qū)動(dòng)器，提供多個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器之間的高速通訊，以實(shí)現(xiàn)多顆LED燈的動(dòng)態(tài)光影照明應(yīng)用。它包含用于LED驅(qū)動(dòng)和通訊的所有必需組件，提供>250 RGB LED的無(wú)延遲實(shí)時(shí)更新。
Melexis表示，RGB LED燈條可以透過(guò)色彩編碼、色彩變化和閃爍序列與駕駛?cè)诉M(jìn)行通訊，但目前仍然存在挑戰(zhàn)，例如讓燈條中所有LED的頻色保持一致，并確保其同步改變。
為了解決了這些問(wèn)題，Melexis推出其高速通訊接口IP——MLX81116 (圖6)。MeLiBu可在燈條中單獨(dú)控制每一個(gè)LED以產(chǎn)生照明效果，同時(shí)實(shí)時(shí)補(bǔ)償由于環(huán)境變化引起的任何LED色彩漂移。
圖6 Melexis全整合式智能汽車(chē)LED驅(qū)動(dòng)器，提供多個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器間的高速通訊。(圖片來(lái)源：Melexis)
MeLiBu通訊接口基于CAN-FD物理層，可確保其穩(wěn)定性、可靠性和高速率(高達(dá)2Mbps)。該接口支持專用光學(xué)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)1% Delta UV的色彩混合精確度，確保燈條中各個(gè)LED沒(méi)有明顯的差異，而且無(wú)需額外的外部組件即可提供溫度補(bǔ)償。
MLX81116驅(qū)動(dòng)器IC具備寬廣的調(diào)光范圍，可以針對(duì)白天和夜間駕駛進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。Melexis表示，由于該驅(qū)動(dòng)器使用了CAN-FD物理層，因此更容易符合電磁兼容性(EMC)法規(guī)，可滿足汽車(chē)ISO 26262的功能安全要求，最高達(dá)到安全完整性等級(jí)B (ASIL B)，并具有低EMI輻射和高抗干擾性。
ISSI子公司Lumissil Microsystems的IS3xFL3265x系列LED驅(qū)動(dòng)器(圖7)也專門(mén)針對(duì)汽車(chē)動(dòng)態(tài)光影照明，其高壓LED通道可減少EMC問(wèn)題。
圖7 Lumissil專為汽車(chē)動(dòng)態(tài)光影照明打造的LED驅(qū)動(dòng)器。(圖片來(lái)源：Lumissil Microsystems)
這些LED驅(qū)動(dòng)器專為嚴(yán)苛及高標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)，整合了緩存器，可透過(guò)故障檢測(cè)和報(bào)告來(lái)調(diào)整熱保護(hù)級(jí)，并可在-40℃~125℃的寬溫度范圍內(nèi)運(yùn)作，適合需要利用高壓LED輸出來(lái)支持每個(gè)信道堆棧多顆LED的汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用。
據(jù)Lumissil表示，這些驅(qū)動(dòng)器支持18個(gè)高壓LED輸出，無(wú)論是進(jìn)行RGB彩色照明還是白光照明，均可單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行配置以實(shí)現(xiàn)最佳光輸出。利用高壓輸出，設(shè)計(jì)工程師可將多個(gè)LED堆棧在同一信道，以便在給定LED電流下提高光輸出。
這些LED驅(qū)動(dòng)器采用靈活的總線架構(gòu)并內(nèi)建EMI抑制技術(shù)，可用于汽車(chē)內(nèi)裝和外部LED照明。選擇相應(yīng)的組件(I2C總線為IS32FL3265A，SPI總線為IS32FL3265B)，可以支持I2C或SPI總線協(xié)議。兩種總線接口都支持高壓輸出、單信道(區(qū)域)照明控制、EMI抑制、故障保護(hù)功能，并符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于汽車(chē)內(nèi)裝環(huán)境照明，可以將18個(gè)高壓信道配置為6個(gè)RGB區(qū)域或18個(gè)高亮度照明區(qū)域。對(duì)于外部應(yīng)用，可以將18個(gè)單獨(dú)控制的LED信道進(jìn)行配置，以產(chǎn)生「迎賓燈」或動(dòng)態(tài)尾燈的照明效果。
羅姆半導(dǎo)體(Rohm Semiconductor)的BD18336NUF-M超小型高輸出線性LED驅(qū)動(dòng)器專用于汽車(chē)的各種插口型LED燈，包括DRL和尾燈，即使在單芯片上電池電壓下降的情況下也能提供穩(wěn)定的照明。它還有助于縮減最新的插口型LED燈尺寸。
這種插口型LED燈像LED燈泡一樣方便更換，且易于維護(hù)，因而引起廣泛的關(guān)注。但是由于插槽的尺寸很難縮減，從而影響設(shè)計(jì)的靈活性。
BD18336NUF-M利用電流旁路功能防止LED熄滅，并透過(guò)切換LED電流路徑始終保持至少30%的亮度，即使在供電電壓從13V降至9V時(shí)也是如此。Rohm稱這是首款整合電流旁路功能的單芯片，可在電池電壓下降時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定照明。
此外，BD18336NUF-M在3.0mm2超小型封裝中實(shí)現(xiàn)了600mA的高輸出，與傳統(tǒng)解決方案(包括外部電路)相比，安裝面積減少了約30%，因而可安裝在小型插口型LED燈的10mm2基底上。由于內(nèi)建電流旁路，使其所用的外部組件比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)減少了七個(gè)，從而縮減了安裝面積。
BD18336NUF-M還具有抑制LED發(fā)熱的功能，支持容易發(fā)熱的白光LED，使其可用于DRL和其他利用白光LED的車(chē)輛照明系統(tǒng)中。
責(zé)編：Yvonne Geng
(參考原文：Top 10 LEDs and drivers for automotive，by Gina Roos)
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