摘要

　　LED矩陣管理器為原始設(shè)備制造商（OEM）提供先進(jìn)的前照燈系統(tǒng)，以增強(qiáng)安全性并塑造品牌差異性。該系統(tǒng)提供無縫集成、高性能和安全特性,，并有效降低了電磁干擾（EMI），其中還內(nèi)置了對數(shù)淡入/淡出功能，并具有低RDS（ON）和擺率控制,，確保系統(tǒng)以出色狀態(tài)運(yùn)行。本文討論如何使用LED矩陣管理器來提升汽車前照燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化,。

　　簡介

　　得益于人們對安全性以及專業(yè)品牌形象的追求,，智能前照燈系統(tǒng)的普及率不斷提高。此類系統(tǒng)的年增長率為8.3%¹,，其無眩光遠(yuǎn)光燈,、LED和矩陣照明等特性共同構(gòu)成了自適應(yīng)駕駛光束（ADB）系統(tǒng)。ADB系統(tǒng)消除了對向駕駛員瞬間致盲的風(fēng)險(xiǎn),。為了進(jìn)一步提高駕駛員的安全性和舒適度,，汽車OEM紛紛額外引入轉(zhuǎn)向燈和動態(tài)曲線燈等自適應(yīng)照明功能（AFS）。

　　LED矩陣管理器可以高效管理矩陣和像素照明的電流,，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,。該器件通常使用6到12個(gè)集成開關(guān)控制LED電壓（高達(dá)65 V），從而簡化設(shè)計(jì)并節(jié)省時(shí)間,。其集成的MOSFET額定電壓在5 V至14 V之間,，具有低導(dǎo)通電阻RDS（ON），能夠處理高達(dá)2 A的LED電流,。

　　此外,，LED矩陣管理器提供性能出色的優(yōu)化脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)光設(shè)置。這包括PWM調(diào)光狀態(tài)之間的平滑過渡,，以及用于PWM調(diào)光的內(nèi)部或外部時(shí)鐘控制選項(xiàng),。

　　LED矩陣管理器調(diào)光性能的快速進(jìn)步，大大提升了安全性,，改善了駕駛體驗(yàn),，并增強(qiáng)了品牌辨識度。

　　LED前照燈的優(yōu)點(diǎn)

　　目前,，汽車的前照燈主要采用鹵素?zé)?、氙燈或LED燈。氙燈一度在高端車輛中很常見,，但現(xiàn)在LED燈越來越受歡迎,，并有望迅速成為較普遍的選擇。

　　表1總結(jié)了這些燈的區(qū)別,。LED燈比鹵素?zé)袅?，但不如氙燈亮。氙燈在夜晚可能過于刺眼,。通常,，鹵素?zé)魞H使用20%的功率來發(fā)光,，而LED燈可使用80%的功率²。盡管LED燈的初始成本較高,，但其使用壽命較長,、能源效率較高，從長遠(yuǎn)來看可以節(jié)省成本,。另外,，LED燈更小，為汽車制造商設(shè)計(jì)前照燈提供了更大的靈活性,。

　　表1.鹵素?zé)?、氙燈和LED燈對比

　　LED外部前照燈系統(tǒng)概述

　　如圖1所示，前照燈系統(tǒng)包括微控制器,、電壓源,、電流源和LED燈。微控制器,，也是LED模塊（LM）,，位于燈的外部，一般被稱為LED控制模塊（LCM）,。LCM通常采用CAN總線進(jìn)行通信并監(jiān)控LM的狀態(tài),，比如動畫效果和亮度等。在LCM內(nèi)部,，LED驅(qū)動器通常采用降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，以便支持不同的LM配置，例如單個(gè)LM有6個(gè)或12個(gè)LED,。在圖1中,，LCM內(nèi)的LED驅(qū)動器同時(shí)包含電壓源和電流源。通常,，電壓源將電池電壓調(diào)整到較高水平（由LED的數(shù)量決定）,，而電流源則向LM提供一致的電流并降低升高的電壓。

　　汽車外部前照明系統(tǒng)具有多種照明功能,，包括近光燈（LB）、遠(yuǎn)光燈（HB）,、日間行車燈（DRL）,、前位燈（PL）和轉(zhuǎn)向指示燈。根據(jù)具體的照明功能,，LM設(shè)置了不同數(shù)量和顏色的LED,。這意味著LCM必須提供適當(dāng)?shù)碾娏髟磥碚{(diào)節(jié)亮度。為了節(jié)省成本,，制造商可能會將兩個(gè)或更多照明功能集成到單個(gè)LM中,，例如將日間行車燈和前位燈組合在一起,。

　　LED矩陣管理器（如MAX25608）用于控制各個(gè)LED，實(shí)現(xiàn)不同的調(diào)光場景,，例如迎賓和轉(zhuǎn)向指示等,。LED矩陣管理器由多個(gè)開關(guān)組成，這些開關(guān)可以獨(dú)立編程以繞過燈帶中每個(gè)開關(guān)上的LED,。每個(gè)開關(guān)可以完全接通,、完全斷開，或使用/不使用漸變轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行調(diào)光,。調(diào)光頻率由內(nèi)部振蕩器設(shè)置,，或設(shè)置為外部時(shí)鐘源。

　　智能照明功能： ADB

　　ADB系統(tǒng)是一種智能HB控制系統(tǒng),，可以根據(jù)駕駛情況自適應(yīng)地調(diào)整光束模式,。高亮度的遠(yuǎn)光燈可能會分散駕駛員和行人的注意力。ADB系統(tǒng)的自適應(yīng)能力可以自動關(guān)閉明亮的燈光或部分光束,，避免使駕駛員和行人感到炫目,。根據(jù)不同的前照燈分辨率要求，ADB系統(tǒng)的LM可由四個(gè)或更多LED矩陣管理器組成,，以控制四個(gè)或更多LED區(qū)域,。使用LED矩陣管理器可以輕松實(shí)現(xiàn)ADB系統(tǒng)，并且ADB系統(tǒng)中的LED可以單獨(dú)調(diào)光,。

　　LED矩陣管理器的故障檢測與保護(hù)

　　檢測LED是否開路或短路對于安全至關(guān)重要,。具有安全功能的系統(tǒng)可減輕潛在故障的影響。檢查前照燈系統(tǒng)中的LED是否開路或短路,，有助于發(fā)現(xiàn)任何可能發(fā)生的問題,。LED矩陣管理器內(nèi)置了短路和開路保護(hù)功能。MAX25608可跟蹤任何與開路或短路相關(guān)的故障,。當(dāng)個(gè)別LED開關(guān)漏極節(jié)點(diǎn)（圖2）和開關(guān)源極節(jié)點(diǎn)之間的電壓超過開路閾值時(shí),，就會觸發(fā)LED開路故障，狀態(tài)寄存器會報(bào)告此故障,。如圖3所示,，開路閾值設(shè)置為4.66 V，而開關(guān)上的電壓為4.88 V,，進(jìn)而觸發(fā)了LED開路故障,。當(dāng)開關(guān)漏極節(jié)點(diǎn)和開關(guān)源極節(jié)點(diǎn)之間的電壓低于開關(guān)開路情況的短路閾值時(shí)，會觸發(fā)LED短路故障,，狀態(tài)寄存器也會報(bào)告此故障,。圖4提供了一個(gè)示例，短路閾值設(shè)置為1.4 V,，而開關(guān)上的電壓為2.4 V,，進(jìn)而觸發(fā)了LED短路故障,。

　　圖1.LED前照燈系統(tǒng)

　　圖2.LED故障檢測

　　圖3.MAX25608 LED開路檢測（通道2：漏極電壓；通道3：FLTB,；通道4：LED電流）

　　圖4.MAX25608 LED短路檢測（通道2：漏極電壓,；通道3：FLTB；通道4：LED電流）

　　安全UART通信協(xié)議

　　ADI公司的MAX25608可在微控制器和多達(dá)16個(gè)MAX25608器件之間提供多點(diǎn)通用異步接收器-變送器（UART）通信,。寫入和讀取命令示例如圖5和圖6所示,。為了確保數(shù)據(jù)安全，使用數(shù)據(jù)包上的3位循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）來保護(hù)讀/寫事務(wù),。如果微控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)包的CRC不正確,，則MAX25608不應(yīng)答并放棄此次通信。

　　如果發(fā)生通信丟失,，MAX25608的UART看門狗特性會將開關(guān)設(shè)置為預(yù)配置狀態(tài),。當(dāng)微控制器通信線路處于非活動狀態(tài)的時(shí)間超過設(shè)定的時(shí)間時(shí)，故障指示燈亮起,；如果啟用了UART看門狗,，則LED進(jìn)入預(yù)配置狀態(tài)。如圖7所示,，UART看門狗定時(shí)器設(shè)置為500 ms,。當(dāng)UART接收器信號處于非活動狀態(tài)480 ms后，LED將關(guān)閉,，因?yàn)轭A(yù)配置狀態(tài)為關(guān)閉,。

　　圖5.寫入命令的示例

　　圖6.讀取命令的示例

　　我們可以輕松評估熱性能和EMI性能等性能指標(biāo)。如圖8所示,，矩陣管理器由MAX25601升壓-降壓LED驅(qū)動器驅(qū)動,，矩陣管理器上的所有開關(guān)均閉合，為12個(gè)LED提供1.5 A輸出,。在室溫環(huán)境下僅捕獲到30.4°C的溫升,。

　　圖7.MAX25608 UART看門狗功能（通道1：UART接收器；通道2：漏極電壓,；通道3：FLTB,；通道4：LED電流）

　　LED矩陣管理器的性能

　　ADI的MAX25608提供出色的集成度、高性能和安全性,、靈活性以及EMI抑制功能,，例如：

　　▲高集成度：提供內(nèi)置對數(shù)淡入/淡出功能，簡化LED編程并降低系統(tǒng)總線負(fù)擔(dān),。

　　▲高性能和安全性：具有先進(jìn)的故障保護(hù)和管理功能，可檢測LED開路,、短路和走線開路,。RDS（ON）低,，安全地提供高LED電流。

　　▲靈活性：支持多個(gè)IC來管理大量LED像素,；設(shè)計(jì)人員可以配置LED燈組,，例如1串×12串聯(lián)開關(guān)和2串×6串聯(lián)開關(guān)。

　　▲EMI抑制：擺率控制可降低EMI和噪聲,。

　　圖8.1.5 A條件下熱像儀捕獲的MAX25608熱圖像

　　在1 A輸出至12個(gè)LED的相同測試環(huán)境下,，由于MAX25608的專有電荷泵設(shè)計(jì)，EMI結(jié)果未顯示出尖峰,，如圖9所示,。

　　MAX25608由MAX25600 H橋LED驅(qū)動器 驅(qū)動，每個(gè)通道有兩個(gè)LED,。我們?yōu)镸AX25600增加了一個(gè)4.7 μF輸出電容和一個(gè)濾波器（1 μH + 0.1 μF）,。調(diào)光時(shí)的電流尖峰測量如圖10所示。

　　圖9.MAX25608的傳導(dǎo)EMI

　　圖10.調(diào)光期間電流尖峰

　　結(jié)論

　　隨著汽車電氣化和智能化趨勢的快速發(fā)展,，照明系統(tǒng)已成為現(xiàn)在和未來汽車設(shè)計(jì)中越來越重要的功能,。照明系統(tǒng)必須靈活、高效,、可靠,，而且能創(chuàng)造出更具個(gè)性化和藝術(shù)化的燈光效果。ADB和AFS被視為高級安全特性,。在這些設(shè)計(jì)中,，需要一個(gè)準(zhǔn)確、高效,、可靠的LED管理器來管理LED矩陣,。

　　參考文獻(xiàn)

　　¹ Sejal Akre，“汽車智能照明系統(tǒng)市場研究報(bào)告,，信息按技術(shù)（氙燈,、LED燈、鹵素?zé)簦?、照明類型（智能氛圍照明,、自適應(yīng)前大燈）、車輛類型（乘用車,、商用車）和地區(qū)（亞太,、北美、歐洲和世界其他地區(qū)）劃分——至2032年的市場預(yù)測”,，Market Research Future,，2024年3月。

　　² “LED與鹵素?zé)襞荨保珼ISPLAYS2GO,，2023年8月,。

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