摘要
LED矩陣管理器為原始設備制造商（OEM）提供先進的前照燈系統(tǒng)，以增強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)設計的智能化,。
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,，其無眩光遠光燈、LED和矩陣照明等特性共同構成了自適應駕駛光束（ADB）系統(tǒng),。ADB系統(tǒng)消除了對向駕駛員瞬間致盲的風險,。為了進一步提高駕駛員的安全性和舒適度，汽車OEM紛紛額外引入轉向燈和動態(tài)曲線燈等自適應照明功能（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)揮著至關重要的作用。該器件通常使用6到12個集成開關控制LED電壓（高達65 V）,，從而簡化設計并節(jié)省時間,。其集成的MOSFET額定電壓在5 V至14 V之間，具有低導通電阻RDS（ON）,，能夠處理高達2 A的LED電流,。
此外，LED矩陣管理器提供性能出色的優(yōu)化脈沖寬度調制（PWM）調光設置,。這包括PWM調光狀態(tài)之間的平滑過渡,，以及用于PWM調光的內部或外部時鐘控制選項。
LED矩陣管理器調光性能的快速進步,，大大提升了安全性,，改善了駕駛體驗,，并增強了品牌辨識度。
LED前照燈的優(yōu)點
目前,，汽車的前照燈主要采用鹵素燈,、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總結了這些燈的區(qū)別,。LED燈比鹵素燈亮,，但不如氙燈亮。氙燈在夜晚可能過于刺眼,。通常,，鹵素燈僅使用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,，從長遠來看可以節(jié)省成本,。另外，LED燈更小,，為汽車制造商設計前照燈提供了更大的靈活性,。
表1.鹵素燈、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內部,，LED驅動器通常采用降壓-升壓拓撲結構，以便支持不同的LM配置,，例如單個LM有6個或12個LED,。在圖1中，LCM內的LED驅動器同時包含電壓源和電流源。通常,，電壓源將電池電壓調整到較高水平（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）,、遠光燈（HB）、日間行車燈（DRL）,、前位燈（PL）和轉向指示燈,。根據(jù)具體的照明功能,，LM設置了不同數(shù)量和顏色的LED,。這意味著LCM必須提供適當?shù)碾娏髟磥碚{節(jié)亮度。為了節(jié)省成本,，制造商可能會將兩個或更多照明功能集成到單個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LED,，實現(xiàn)不同的調光場景,，例如迎賓和轉向指示等。LED矩陣管理器由多個開關組成,，這些開關可以獨立編程以繞過燈帶中每個開關上的LED,。每個開關可以完全接通、完全斷開,，或使用/不使用漸變轉換模式進行調光,。調光頻率由內部振蕩器設置，或設置為外部時鐘源,。
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)駕駛情況自適應地調整光束模式。高亮度的遠光燈可能會分散駕駛員和行人的注意力,。ADB系統(tǒng)的自適應能力可以自動關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可由四個或更多LED矩陣管理器組成,，以控制四個或更多LED區(qū)域。使用LED矩陣管理器可以輕松實現(xiàn)ADB系統(tǒng),，并且ADB系統(tǒng)中的LED可以單獨調光,。
LED矩陣管理器的故障檢測與保護
檢測LED是否開路或短路對于安全至關重要。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矩陣管理器內置了短路和開路保護功能。MAX25608可跟蹤任何與開路或短路相關的故障,。當個別LED開關漏極節(jié)點（圖2）和開關源極節(jié)點之間的電壓超過開路閾值時,，就會觸發(fā)LED開路故障，狀態(tài)寄存器會報告此故障,。如圖3所示,，開路閾值設置為4.66 V，而開關上的電壓為4.88 V,，進而觸發(fā)了LED開路故障,。當開關漏極節(jié)點和開關源極節(jié)點之間的電壓低于開關開路情況的短路閾值時，會觸發(fā)LED短路故障,，狀態(tài)寄存器也會報告此故障,。圖4提供了一個示例，短路閾值設置為1.4 V,，而開關上的電壓為2.4 V,，進而觸發(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16個MAX25608器件之間提供多點通用異步接收器-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（CRC）來保護讀/寫事務,。如果微控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)包的CRC不正確，則MAX25608不應答并放棄此次通信,。
如果發(fā)生通信丟失,，MAX25608的UART看門狗特性會將開關設置為預配置狀態(tài)。當微控制器通信線路處于非活動狀態(tài)的時間超過設定的時間時,，故障指示燈亮起,；如果啟用了UART看門狗，則LED進入預配置狀態(tài),。如圖7所示,，UART看門狗定時器設置為500 ms。當UART接收器信號處于非活動狀態(tài)480 ms后,，LED將關閉,，因為預配置狀態(tài)為關閉。
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,。如圖8所示,，矩陣管理器由MAX25601升壓-降壓LED驅動器驅動，矩陣管理器上的所有開關均閉合，為12個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：提供內置對數(shù)淡入/淡出功能，簡化LED編程并降低系統(tǒng)總線負擔,。
▲高性能和安全性：具有先進的故障保護和管理功能,，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IC來管理大量LED像素,；設計人員可以配置LED燈組，例如1串×12串聯(lián)開關和2串×6串聯(lián)開關,。
▲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LED的相同測試環(huán)境下，由于MAX25608的專有電荷泵設計,，EMI結果未顯示出尖峰,，如圖9所示。
MAX25608由MAX25600 H橋LED驅動器 驅動,，每個通道有兩個LED,。我們?yōu)镸AX25600增加了一個4.7 μF輸出電容和一個濾波器（1 μH + 0.1 μF）。調光時的電流尖峰測量如圖10所示,。
圖9.MAX25608的傳導EMI
圖10.調光期間電流尖峰
結論
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)在和未來汽車設計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)造出更具個性化和藝術化的燈光效果,。ADB和AFS被視為高級安全特性,。在這些設計中，需要一個準確,、高效,、可靠的LED管理器來管理LED矩陣。
參考文獻
1 Sejal Akre，“汽車智能照明系統(tǒng)市場研究報告,，信息按技術（氙燈,、LED燈、鹵素燈）,、照明類型（智能氛圍照明,、自適應前大燈）、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年的市場預測”,，Market Research Future,，2024年3月。
2 “LED與鹵素燈泡”,，DISPLAYS2GO,，2023年8月。
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