汽車LED照明不僅可打造時尚的車輛外觀和個性化的氛圍,，在燃油經(jīng)濟性及主動安全等方面也發(fā)揮重要的作用。先進的照明方案能自動根據(jù)駕駛員的操作、路況和環(huán)境條件而調(diào)光和轉向,，從而提升行車安全,。作為全球第二大非微控制器的汽車半導體供應商和第一大汽車自適應前照燈供應商,，安森美半導體提供全面的高能效LED汽車照明方案,，用于汽車內(nèi)部照明如閱讀燈、RGB氛圍燈、儀表盤背光燈等,，和外部照明如前大燈,、日間行車燈(DRL)、轉向燈,、尾燈,、標識燈等。本文將著重介紹其最新的創(chuàng)新方案,。
按照系統(tǒng)集成度和設計復雜度,，照明方案可分為4大類：
1. 集成度最高、設計最復雜的,、系統(tǒng)集成的方案,，不僅集成開關電源(SMPS)模塊，還集成各種通信接口及豐富的診斷功能,，主要針對汽車前大燈應用,；
2. 集成度較高、設計復雜的SMPS,，主要針對DRL應用,；
3. 高集成度但相對簡單的線性LED驅動，主要用于小電流的剎車燈,、尾燈等,；
4. 最簡單的分立器件
系統(tǒng)集成的LED前大燈
安森美半導體先后推出了三代用于LED前大燈系統(tǒng)的驅動方案。第一代NCV78663和第二代NCV78763都采用單相升壓+雙路降壓架構,，一顆芯片可驅動兩串LED,，已廣泛應用于奔馳、寶馬,、奧迪,、雷諾、福特等各大車廠,。第三代方案根據(jù)LED前大燈系統(tǒng)的最新趨勢,，升壓與降壓電路被分為兩顆芯片，適用于多串LED的矩陣式大燈系統(tǒng),，多路降壓穩(wěn)壓器NCV78723和NCV78713分別可驅動兩串和一串LED,，兩相升壓穩(wěn)壓器NCV78702和三相升壓穩(wěn)壓器NCV78703可提供更好的性能及更大的輸出功率。
1. 智能功率鎮(zhèn)流器和雙路LED驅動器NCV78663和NCV78763
NCV78663的應用框圖如圖1所示,， Boost控制器外接N溝道MOSFET,，將電池電壓升壓,，最高可升至60 V,，Buck電路內(nèi)部集成MOSFET，穩(wěn)定每串LED電流(最高1.2 A),，每串LED都帶有溫度檢測輸入,，芯片內(nèi)部集成多項診斷及保護功能,，可由SPI接口與外部MCU通信，或通過內(nèi)部一次性可編程(OTP) ROM來定制系統(tǒng),。
圖1：LED鎮(zhèn)流器NCV78663應用電路圖
NCV78763將每串LED電流最高提升為1.6 A,，提供更高的調(diào)光分辨率，Boost的環(huán)路補償由數(shù)字改為模擬,。由于移除內(nèi)部OTP,，所以必須結合MCU進行工作，成本較NCV78663有所降低,。
圖2：NCV78763應用電路圖
NCV78663和NCV78763拓撲構相同,，都由一路Boost + 兩路Buck組成。當采用PWM調(diào)光時,，為避免閃爍效應,，汽車整車廠商通常要求調(diào)光頻率高于500 Hz。在這種升降壓兩級架構中,，LED由Buck電路穩(wěn)流,，可易于提高調(diào)光頻率，滿足整車廠商的要求,。由于設計需要,，不同車型的LED顆數(shù)及功率有所不同，導致LED串的電壓,、電流不同,，而升降壓拓撲可支持寬范圍的LED負載變化，通過更改相應寄存器的值,，可適應不同的LED負載情況,，支持平臺化的設計。采用升降壓拓撲,，系統(tǒng)更易于穩(wěn)定：Boost電路相對不易穩(wěn)定,，系統(tǒng)帶寬較低，響應較慢,，所以用于前級提供升壓,；Buck電路容易穩(wěn)定，帶寬高,，響應快,，用于后級LED穩(wěn)流，即使LED負載有較大的調(diào)變,，系統(tǒng)也非常容易穩(wěn)定,。此外，在自適應智能矩陣式大燈的應用中，為避免來自輸出電容的放電電流,，LED驅動的輸出電容必須非常小,，按拓撲結構，Buck是理想的電流源,，輸出有電感,，即使輸出電容非常小甚或為零，也可獲得較小的輸出電流紋波,，因此,，這種升降壓兩級拓撲還支持像素燈或矩陣式大燈。
NCV78663和NCV78763都具有較高的集成度,，集成開關,、調(diào)光、診斷,、電流檢測等功能,，成本極具競爭力。
2. 矩陣式大燈系統(tǒng)方案
在矩陣式大燈的應用中,，需要更多串的LED燈,。NCV78663和NCV78763每顆芯片只能驅動兩串LED，如果驅動更多串LED需要采用多顆芯片,，會增加方案成本,。安森美半導體的第三代方案把升壓芯片與降壓芯片分開，第一級采用多相升壓boost,，可提供較大的功率,，第二級采用降壓芯片，可根據(jù)所需LED串的數(shù)量進行組合配置,，這種結構在多串LED應用中更為靈活且成本更低,，而且內(nèi)部集成OTP ROM，因此無需MCU就能獨立工作,。如三相升壓控制器NCV78703,，可輕松實現(xiàn)150 W以上的輸出功率，和更優(yōu)的性能,，如較好的動態(tài)響應,、較低的輸出紋波等，且在大功率應用中可降低無源器件的規(guī)格,，方案成本更具優(yōu)勢,。NCV78703還可分別接獨立輸出，通過相應的寄存器可精確控制每相的功率分配,。而雙路降壓穩(wěn)壓器NCV78723,，無需外置電流檢測電阻,，通過控制內(nèi)部MOSFET的峰值電流來實現(xiàn)穩(wěn)流并保證較高的穩(wěn)流精度。
圖3：NCV78703應用電路圖
用于LED驅動的開關電源
1. 低基準電壓的8引腳升壓開關電源
NCV8873是一款采用峰值電流模式控制的升壓控制器,，可實現(xiàn)多種拓撲如反激、SEPIC等,，反饋電壓基準僅0.2 V,，有利于降低LED電流采樣電阻的功耗，輸入電壓范圍從3.2 V至40 V,，可耐受45 V拋負載電壓,，最高結溫可達150℃，適用于日間行車燈及背光燈等,。其中NCV887300的開關頻率為1 MHz,，高頻可減小無源器件的體積，NCV887301的開關頻率為400 kHz,，低頻可提高能效和EMI性能,。
圖4：NCV8873–SEPIC用于日間行車燈
2. 1.5 A多拓撲恒流LED DC-DC開關穩(wěn)壓器
NCV3065是一款內(nèi)部集成功率晶體管的LED驅動，可靈活配置成升壓,、降壓,、升降壓等多種拓撲。反饋電壓低至235 mV,，可降低電流檢測電阻的功耗,。輸入電壓范圍從3 V至40 V，無需環(huán)路補償,，工作頻率可調(diào)至250 kHz,，適用于低成本的LED驅動。
NCV3066比NCV3065增加了ON/OFF引腳,，可用于實現(xiàn)PWM調(diào)光,。
適用于小電流應用的線性LED驅動方案
線性驅動較開關電源簡單，更易于設計,，但會產(chǎn)生較高的功耗,，適用于小電流應用。
1. 恒流源CCR
一顆芯片可驅動一串LED,。典型產(chǎn)品有NSI45xxx,、NSI50xxx、NSIC20xx,、NSI45xxxJ等,，電流從20 mA至160 mA，有固定電流和電流可調(diào)版本,，可用于中央高位剎車燈,、尾燈,、閱讀燈等，只需串聯(lián)于LED串即可,。
2. LED 預驅動器
如NCV7691,，需要外接功率三極管，可驅動多串LED,。該器件通過外部電流采樣電阻設定電流值,，并集成短路檢測、PWM調(diào)光,、診斷(欠壓,、短路、開路)等功能,，外接NTC電阻以實現(xiàn)溫度控制,，當溫度過高時自動降低LED電流以避免損壞。NCV7691的診斷腳可連接在一起,，當任意一顆芯片報錯時,，系統(tǒng)都可響應以關斷其它串。
3. 多串LED驅動
NCV768x系列如NCV7680,，可驅動8串LED,，主要針對尾燈應用。NCV7681和NCV7683是NCV7680的下一代產(chǎn)品,，每串電流能力由80 mA提升至100 mA,，其中NCV7683內(nèi)置時序控制，無需MCU就能實現(xiàn)流水燈效果,。NCV768x系列器件集成診斷功能,，可外接預降壓MOSFET降低功耗，從而減小芯片的發(fā)熱,。
4. 內(nèi)部照明單芯片方案
NCV7430是單芯片紅綠藍(RGB) LED驅動器,，帶LIN協(xié)議通信接口，可對LED顏色和亮度參數(shù)進行編程,，適用于汽車內(nèi)部照明或氛圍燈,，靈活又降低成本。
簡單的分立器件：LED分流器
保持一串LED 持續(xù)亮的方案是為每一LED或LED群組提供分流器,。當任意一顆LED開路損壞時,，隨著電壓升高，LED分流器會被擊穿,，從而旁路該LED,，使得LED串可繼續(xù)工作，延長車燈的使用時間,。
根據(jù)擊穿電壓不同,，有分別并聯(lián)于一顆LED,、兩顆LED、三顆LED的分流器芯片,，如NUD4700并聯(lián)于一顆LED,，NUD1015并聯(lián)于兩顆LED，NUD1025并聯(lián)于三顆LED,。
在某些“關鍵任務”的車燈應用中,，當一顆LED發(fā)生故障后，需關斷所有LED串,，提示客戶立即換燈。低電流HBL5006系列幫助檢測開路,，并觸發(fā)電路關斷LED驅動器,。
總結
LED 照明不僅提供汽車外觀設計的優(yōu)勢，增強銷售吸引力和加強品牌形象,，并有利于控制能源和維護成本,，還可用于先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)以提升安全性。安森美半導體提供全面的高能效汽車LED照明方案,，包括LED矩陣式前大燈系統(tǒng)方案,、用于日行燈的開關電源LED驅動、用于尾燈專用的線性驅動,、帶有時序控制的流水燈線性方案及增強安全性和可靠性的LED分流器等,，并配合市場趨勢推動下一代汽車照明創(chuàng)新。