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汽车外部照明LED控制系统进展
为何整合式控制器/驱动器照亮了未来?
[作者 Allan Lin]   2022年04月29日 星期五 浏览人次: [1655]

汽车照明市场继续强势成长,分析师Yole预测到2024年市场规模将达到388亿美元。在过去几年里,LED在这个市场中的比重越来越大,LED车外灯已成为我们道路上熟悉的景象。


与白炽灯泡相比,LED的寿命更长、更节省空间、成本和电力,还替复杂和客制化的照明系统带来了新的机会。有一种趋势是对LED进行更复杂的控制,而不仅仅是切换开关而已;举例来说,藉由在方向灯中加入动画来提高安全性,以及根据场景的变化,改变LED的亮度。


除了LED本身,汽车还需要合适的电子元件来驱动和控制LED。这些元件必须可靠、小巧、有效率,而且能够提供像是调光和故障侦测等特殊功能。


虽然过去驱动LED通常使用分离元件,但现今已转向使用整合式驱动器。让我们审视这些零件的要求,以及它们为汽车设计人员提供的功能。



图一 : 汽车LED产品应用
图一 : 汽车LED产品应用

控制LED

为了产生所需的光,LED驱动器需要在LED的阳极和阴极之间施加一个达到最小??值电压 (称为「正向电压」) 的电流来点亮LED。这个电压取决於LED的颜色,但通常落在1.6V至4V左右。


LED的亮度取决於供应的电流,这代表可以使用合适的LED驱动器来调低汽车灯光的亮度。有两种方法可以做到这一点:降低电流,这种方式称为类比调光,或使用脉宽调变(PWM)进行数位调光。


对汽车产品应用来说,LED驱动器需要坚固耐用,并且能够在-40。C至 +105。C或125。C的宽广环境温度范围内运作。装置必须能够处理多变的电压,比如说典型商用车的24V电池、内燃机车辆(ICEV)的12V电池,或配备 DC-DC转换器的最新电动车(EV)并为其配件供电的12V辅助电池。同时,能够符合相关的电磁相容性(EMC)要求,在未来的电动车浪潮中也非常重要。


藉由使用微控制器,转换成更智慧的LED控制。另一个有用的特点是故障侦测功能,可以警告驾驶人LED故障并指示其位置,从而提高安全。典型使用多个 LED的车灯中,其中一个LED要是发生故障,因为其他LED还能继续运作,所以很难侦测到。这可能会导致安全问题,因为车灯可能无法达到所需的亮度。因此能够侦测故障的智慧LED驱动器弥足珍贵。



图二 : LED後灯
图二 : LED後灯

实际运作的整合式 LED 控制

Diodes公司的AL5873Q,就是整合式LED驱动器的例子。这是一款三通道线性LED驱动器,具有5V至55V的宽广输入电压范围,还提供多种功能,让车辆照明设计更简便。


前一代产品需要一个控制器和一个独立的驱动器。现在,这两个功能全部由 AL5873Q整合在单一元件内。使用单一装置来驱动LED,让所需的外部元件数量降到最低,不但简化设计过程,还提高可靠性。


与Diodes公司的其他汽车相容LED驱动器一样,AL5873Q也包含内建保护功能,其会使用装置上的故障针脚,来报告问题的状态,例如LED发生故障时。


Diodes公司的下一代产品,将从单通道和三通道装置提供高达36个通道的更多通道数,甚至更多其他功能。这代表许多个别LED可以由单一驱动器装置独立控制,为车灯中的像素LED动画效果创造机会。


AL5873Q支援PWM和类比调光,每个通道可提供高达250mA,或合计 750mA的电流。LED电流位准可以使用两个叁考电阻器来控制,这代表相同的LED发射器既可用於後灯组,也可用於尾灯和煞车灯。这让设计更为精简,代表可以大幅降低物料清单(BOM)成本。


如果接面温度过高,LED的使用寿命会大幅缩短。为了避免这种情况,AL5873Q包括温度监控功能,如果超过AL5873Q的??值温度,它会降低 LED电流。此外还提供过热和LED灯条开路/短路保护监控,以及输入欠压锁定和故障指示灯功能。


AL5873Q采用具有外露焊垫的小尺寸TSSOP16封装,节省灯具外壳中的宝贵空间,并提供可靠、具成本效益的解决方案,同时符合严格的AEC-Q100 Grade 1汽车品质标准。AL5873Q是线性LED驱动器,不需要外部电感器,因此可以降低BOM成本,并使EMI/EMC问题易於解决。


典型产品应用如图三所示,具有六个LED通道。LED电流位准由FULL针脚控制:当FULL针脚拉高时,会由连接到REF2针脚的电阻器设定LED电流;当FULL针脚拉低时,则由连接到REF1的电阻器决定LED电流。这代表同一组LED可以同时当成尾灯和煞车灯使用,而控制器使它们能够提供正常尾灯操作,和停止/煞车所需的两种不同亮度等级。



图三 : 典型汽车 LED 产品应用
图三 : 典型汽车 LED 产品应用

数位调光由PWM针脚控制,LED电流和亮度则是根据PWM讯号的工作周期来调整。如果偏好类比调光,则可以藉由将ADIM针脚上的电压从 0.3V转换到1.5V,在0%到100%之间线性调整LED电流。


此外还提供另一个省电功能,就是睡眠或待机模式。如果将PWM针脚拉到接地,而超过7ms没有送出讯号,则AL5873Q会进入低待机电流模式 (消耗小於250μA)。如果超过25ms没有讯号,AL5873Q会进入超低静态电流模式(消耗小於1μA),从而降低整体功耗。


结论

展??未来,汽车产业的LED前景一片光明。首先,随着电动车取代现有的汽油和柴油车型,电力消耗和电动马达转换效率将变得越来越重要。由於续航里程是电动车的一个关键卖点,因此在汽车怠速或行驶时,将所有电子配件(包括照明)使用的电力降到最低,将是延长电池寿命的主要因素之一,从而增加往来充电站之间可行驶的里程。


汽车制造商也将寻找新的方法,让他们的产品之间有所差异,而LED照明可以透过客制化外型和动画,让他们的优势显而易见。此外,车辆正在转变成高度复杂的「车轮上的电脑」,这代表设计人员正在寻找的LED驱动器,需要能与汽车通讯,并向汽车报告问题。


随着这些要求的演变,来自供应商的整合式和智慧型LED控制器/驱动器,将使设计人员能够获得LED的最隹用法和特性,无论客户朝哪个方向发展,都能满足他们的需求。


(本文作者Allan Lin为Diodes公司LED照明事业部总监)


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