基于驱动器如何实现汽车LED前灯的设计？有哪些解决方案？

汽车照明的各个部分都可以采用LED，从前灯到雾灯，仪表背光到反光镜的照明、尾灯照明、内饰照明等，安森美提供一系列的标准照明模拟产品，如NCV3065和分立器件如NSI45系列，以及收购AMIS获得的一系列产品如ASSP等，为不同的照明子系统提供专业的汽车级照明解决方案。

随着汽车工业的发展，越来越先进的照明技木在汽车上正得到更多应用。其中，LED照明具有卤素灯和氙气灯无法比拟的优点，如寿命长、响应时间快、节能环保等，加快了在汽车照明中大量采用的步伐。

对此安森美半导体为汽车前照灯照明应用提供宽广阵容的产品，从一般灯泡驱动器方案到步进驱动器、LED驱动器和氙灯驱动器等，持续致力于汽车前照灯、仪表盘背光、内部照明、车门照明及尾灯等汽车照明应用提供包括标准及定制产品在内的丰富方案，尤其是在前照灯调整、偏转用氙气灯驱动专用集成电路和成为事实标准的步进驱动器方面市场。

各类型产品特征及整体解决方案

安森美线性稳压器针对低电路的应用，比如20mA的LED，它的总功耗比较低，可以在85度的环境下工作，系统集成度比较低，如NSI45系列的CCR或NUD系列就可以满足这类的要求;

对于开关稳压器，它的特征是LED功率会比较高，能达到700mA左右，属于中高等的总功耗，可以在高125度的环境下工作，它的系统集成度也比较低，可以用NCV3056/66系列实现对它的控制;

对于照明管理集成芯片，它的功率也比较大，环境温度也可以达到125度，是一个完整独立的子系统，所以集成度会比较高， NCV78663和NCV7680就是针对这种应用使用的。

前照灯驱动器及位置调节器

其一，前照LED照明。LED前照明一般要求支持从单个LED到多个LED串，电压高达60V，需要PWM调光，需要高能效集成驱动器，更需要LED串的低EMC辐射，还需要诊断和同步接口。安森美半导体的AMIS-30623单芯片微步进电机驱动器适用于前照灯的水平调整和偏转控制。它集成了控制器和LIN接口，用LIN主机实现远程连接的专用机电一体化解决方案设计。该器件通过总线接收位置调整指令，随后驱动电机线圈到所需的位置，利用电流、速度、加速度和减速配置参数。AMIS- 30623还还可检测电机停转状态。

图2：AMIS-30623前照灯水平调整和偏转电路

另外，两款器件也可以用于上述应用，NCV70521和NCV70522均为单芯片微步进电机驱动器，带有电流转换表和SPI接口。 NCV70522还包括嵌入式5 V稳压器和看门狗复位功能。该器件可作为外设驱动器，接受来自微控制器的“下一步微步”指令，并使电机线圈电流与所需速度同步。集成的SPI总线允许参数设置和诊断反馈。

图3：NCV70522单芯片微步进电机驱动器

其二，高级LED前照灯电源镇流器。安森美半导体的NCV78663单芯片、智能前照灯LED驱动器可实现远光灯及雾灯的单芯片控制。NCV78663集成了数字调光、SPI可编程设置和内置诊断，提供了一个集成的、高能效集成型前照灯控制解决方案。

图4：NCV78663前照灯电源镇流器

其三，LED组合尾灯控制器。NCV7680可以作为一个独立器件，也可以作为配合复杂系统的额外支持电路。结合升压控制器运行时，额外LED可连接为一个LED串。其典型应用包括组合尾灯、日间行车灯(DRL)、雾灯、中央高位刹车灯(CHMSL)阵列、转向指示灯和其他外部调制应用、液晶显示器(LCD)背光等。

LED是一种高效环保的新型半导体光源，有其它光源无法比拟的优势。在未来汽车照明应用中前景光明。LED 可以用串联、并联等不同的方式组合成LED 阵列，以满足汽车照明强度的要求。针对LED 的发光特性，重点讨论了LED 驱动的设计及特点，同时简述了LED 目前存在的问题及解决方法。

1、汽车车灯作用及要求

目前，汽车日趋平民化，已成为主要交通工具，行车安全引起了社会广泛的关注。据不完全统计，汽车在夜晚或自然光线不足的情况下行驶的里程占总行驶里程的25%，而在此间发生的交通事故占到总事故的40%，并且一半以上的伤亡事故发生在夜间。因此，车外照明灯及信号灯是汽车安全行驶的关键部件，必须满足下列条件：

(1)汽车照明灯点亮无延迟，响应时间更快，给驾驶员更多的反应时间。

(2)照明亮度强，在夜间或自然光线不足的情况下提高驾驶员的视野，同时使车外信号灯的指示作用更强。

(3)高耐震，工作可靠性高，避免因照明故障引起的意外事故。

(4)节能，能够有效减少废气的排放量，保护环境。

(5)基于汽车销售竞争日益激烈，车灯设计要实用和美观。

2、LED 成为汽车照明选材中的新星

2.1 LED 的工作原理

LED 是特殊的二极管，是一种通过掺杂等手段形成PN 结的半导体器件。当满足二极管导通条件时，电流流过LED，以光和热的形式释放出能量。LED 是电流控制的电流型元件，其发光强度主要依据通过的电流大小，正向导通时，其压降非常高，而且本身具有一定的波动范围。

由于LED 没有红外线及紫外线的辐射，其消耗的能量除转换为光能外，几乎都是热能，且只能以热传导的形式传出，因此，LED 在工作时，结温会逐渐升高。而LED 是具有负温度系数的器件，流过LED 的电流会随温度升高而增大，这就形成了正反馈，造成结温的进一步升高，如不加控制，就会烧毁LED。LED 的热学参数与PN 结的结温有很大关系，主波长与温度的关系如下式：

mp(Tl) = m0(T0)+ 3Tg #0.1nm/°C

由上式可知，每当LED 结温升高10℃时，主波长 ( 人眼能够观察到的) 就会向长波漂移1nm(1nm=10-9m)，导致LED 亮度下降，出现光衰。因此， 个别LED 过热，就会造成LED 阵列发光的均匀性变差。

2.2 LED 显着的照明优势

LED 被称为新光源，原因在于LED 具备点光源与固态光源的特性，因此具有其它照明光源无法比拟的优点。

(1)LED 寿命理论上可达10 万小时， 实际寿命也可达到2 万小时以上，比一般白炙灯泡的1 000 小时、日光灯具的1 万小时更具优势，在汽车使用寿命期间一般无须更换。

(2)点亮无延迟，响应时间更快。LED 的启动时间仅为几十纳秒，启动时间较白炽灯泡大大缩短。

(3)在光线亮度高、自然光线可见度低的情况下，大大降低汽车事故发生率;基本上无辐射，属于“绿色光源”。

(4)LED 占用体积小， 结构简单，高耐震，设计者可以随意变换灯具模式，令汽车造型多样化，满足不同消费者需求。

(5)LED 光源受电压变化的影响远远小于白炽灯泡，显示了卓越的安全性和可靠性，同时消耗的能量较同光效的白炽灯减少80%，非常节能。

基于上述优势，LED 可以在汽车照明中广泛应用，但单个LED 无法满足汽车照明强度的要求，必须多个串联、并联或串并联成LED 阵列使用，如图1 所示。

图1 LED 组合成的照明光源

2.3 LED 驱动的设计及特点

LED 驱动方式可采用电阻限流、线性稳压器和开关型变换器3 类。电阻限流方案适用于效率低的应用场合，所以对效率要求极高，输入电压范围宽的汽车照明上不采用此方法;线性稳压器适应于低电流或LED 正向压降稍低于电源电压的场合，但同样存在效率和输入电压范围小的问题;开关型变换器具有电路拓扑灵活、效率高和输入电压宽的特性。因此，综合考虑工作效率、安装尺寸、静态电流、工作电压、噪声和输出调节等因素后，驱动电路多采用开关型变换器。开关变换器拓扑结构分为Buck、Boost 及Buck-Boos 等方式。目前来看，LED 应用在汽车照明上，其驱动电源必然是铅酸蓄电池。

因为蓄电池的输入电压范围会与正常的范围有很大的出入，因此驱动电路一般用Buck-Boost 拓扑结构满足LED阵列对电压要求。此电路拓扑结构直流增益 (输出电压与输入电压之比)与占空比D(一个开关周期内，开通时间与周期的比值)有关。当电池电压低于LED 所需电压时，调节D > 0.5，使电路处于升压状态;当电池电压高于LED 所需电压时，调节D < 0.5，使电路处于降压状态。LED 是电流控制的电流型元件，亮度与流过的电流成正比。如果LED 不是恒流驱动，通过的电流波动时，即使电压恒定也会造成LED 的亮度变化。为保证亮度稳定可靠，LED 需要恒定的电流来驱动，而且还需要在任何情况下都能将纹波电流控制在可接受的水平。所以，LED 驱动电路的输出。

LED照明成本的很大一部分是由LED本身、热管理组件(如翅片金属散热器)和坚固的LED驱动器电路的成本驱动的。传统上， 每种 LED 光束或光源类型都需要自己的 LED 驱动器 PCB.如果使用单个驱动器驱动照明集群内的多个LED串(串联)，则可以显著降低成本和复杂性。

全面的多 LED 灯串驱动器必须支持高功率 LED 灯串所需的高电压和高电流。它还必须巧妙地处理某些 LED 串的开/关转换，而其他 LED 串则保持打开且不受影响。在汽车环境中，它应适应宽范围的输入和输出电压，即输入端的电池和输出端的LED串。汽车环境还要求驱动器具有低EMI以及开路和短路故障保护。

LT®3795 和 LT3952 汽车 LED 驱动器在用于升压和(正在申请专利)升压-降压拓扑时可满足这些要求。这些 LED 驱动器可在高压升压(升压)和升压-降压(升压和降压)拓扑中工作。它们支持大堆叠的 LED 串，可接受较宽的电池电压范围，并且可以优雅地转换输出中 ON LED 的数量。它们均具有扩频频率调制功能，可降低 EMI，并具有短路和开路 LED 保护功能。

用于近光灯、远光灯和日间行车灯的增强型 LED 驱动器

近光灯、远光灯和日间行车灯前照灯组的总电压在 1A LED 驱动时约为 70V。100V+ LT3795 单通道 LED 驱动器可直接从标准 9V–16V 汽车输入驱动 70W LED — 集群中的所有三个灯均可串联驱动。

图 1 中的组合驱动器电路示出了 LT3795 单通道 LED 驱动器如何用于在升压拓扑中通过日间行车灯、近光灯和远光灯为 1A 供电。这允许打开和关闭近光灯和远光灯 - 日间行车灯始终亮起。