汽车LED发展趋势及矩阵式全LED设计方案

近年来，凭借光效增高、能耗低、可靠性高、寿命长、尺寸小及环保等众多优势，LED在汽车内部及外部照明中的应用日渐增多，已经从最初不那么紧要的汽车照明应用，如座舱内照明、停车灯及仪表板背光，跨越到了前照灯及组合尾灯等更宽广应用。特别是由于尺寸小，LED能够配合丰富的形状和线条变化，有助提升车灯辨识度，被指定用于众多中高档车的前照灯系统，配合漂亮的外观造型设计。图1所示的是如今典型的汽车LED照明应用。

图1:典型汽车LED照明应用

汽车LED照明--不仅是漂亮，也是一种安全

LED照明给汽车带来的直观好处，并不限于漂亮造型。根据美国全国公路交通安全管理局(NHTSA)和欧洲委员会(EC)统计，虽然只有25%的驾驶是在夜间和光线不足期间，但却有40%的死亡和重伤事故发生在这段时间。故改善汽车照明，特别是夜间和光线不足条件下的照明，有助提升汽车主动安全性。实际上，为了保护驾驶员/车上人员/路边行人的安全，业界长期致力于开发各种汽车照明方案，如用于改善夜间转弯时照明的自适应前照灯(AFS)方案，及用于改善日间行车安全的日间行车灯(DRL)方案。

与传统上在汽车照明中广泛应用的白炽灯和高强度气体放电灯(HID)相比，LED用于汽车照明有着无可比拟的优点。如LED响应时间短，用于刹车灯可以增加后车的刹车距离，用于转向灯则有更好警示效果。LED的亮度高，但又不像HID那样刺眼，有助降低对向行驶汽车驾驶员眩目的风险。LED灯能耗比白炽灯或HID低很多，有助降低燃油消耗，节省支出。

典型汽车照明应用LED驱动器方案

不同汽车照明应用对LED电流的要求各不相同，故需结合具体应用要求，选择适合的LED驱动器方案。典型LED驱动方案包括电阻、线性恒流稳流器、线性稳压器及开关稳压器等。

其中，电阻是最简单、最低成本的LED限流方案，但能效也最低，且存在LED筛选成本及热失控等问题。恒流稳流器(CCR)性能高于电阻方案，但成本低于线性或开关稳压器方案，适合低电流LED照明应用。线性稳压器支持多条线路并行配置以帮助散热，提供达±2%的稳流精度，无电磁干扰(EMI)问题，成本中等，但能效也较低。开关稳压器广泛使用。这种方案成本更高，技术更复杂，但支持任何类型的输入电压与输出电压关系，且根据输入/输出条件，能效能够高于90%,但存在EMI问题。

图2:典型汽车照明应用及LED驱动器方案

除了这些方案，安森美半导体还推出高集成LED照明管理集成电路(LMIC)。这些LMIC集成了多种LED驱动及控制功能，相当于完整子系统，能够承受高达125℃的环境温度，用于汽车前照灯、组合尾灯及最新的AFS等应用。

全LED前照灯应用要求及高集成度驱动方案

2008年，奥迪R8全球第一次采用全LED前照灯。这全LED前照灯中包含近光灯、远光灯、转向灯及日间行车灯等模块，其中各含不同数量LED.根据研究及咨询服务公司SNE Research的数据，2013年全球汽车市场LED前照灯的渗透率不足5%,但预计到2020年这一比例将超过50%,可见增长前景十分可观。

但全LED前照灯对驱动方案提出更高要求，要求高能效集成驱动器，支持从单个LED到多串LED等不同配置(电压可高达60 V)，还要求脉宽调制(PWM)调光，如用于示廓灯。全LED前照灯还要求LED串低EMC辐射，且对散热、诊断及通信接口等多方面提出了要求。

图3:安森美半导体单芯片智能前照灯LED驱动器NCV78663应用电路图[!--empirenews.page--]

安森美半导体配合全LED前照灯驱动需求，推出了NCV78663单芯片高能效智能电源镇流器及双LED驱动器系统级芯片(SoC)，用于先进的LED前照灯系统。NCV78663采用降压-升压拓扑结构，能够提供高于90%的总能效，是一款高集成度方案，使设计人员能够以单颗SoC控制远光灯及近光灯、日间行车灯、转向指示灯及雾灯。NCV78663极适合于驱动大电流LED(电流可达2 A)，支持PWM调光以维持LED色温及平均电流受控。NCV78663通过两个内置独立降压开关通道，以极少数量的外部元件，提供驱动电压达60 V的两串LED的完整驱动方案。每个通道可以根据应用要求来通过SPI接口和/或OTP设置来定制输出电流和电压。这器件在片上提供汽车前照灯诊断功能，还集成了升压控制器，为设计人员提供外部元件数量有限的独特输入电流滤波器。NCV78663既能独立使用，也可以与微控制器结合使用，灵活性极高。这方案源自电池的EMC较低，辐射至LED串的EMC也较低。

安森美半导体的NCV78663全LED前照灯驱动器已经获得奔驰E系列的采用，每辆车在其先进前照灯系统中使用多达6颗NCV78663,还使用多达3颗的安森美半导体NCV70522步进电机驱动器。

安森美半导体最新矩阵式动态智能全LED前照灯方案

近年来，市场上出现了矩阵式动态智能全LED前照灯，如奔驰新一代S级汽车中配备的智能型LED前照灯。此前照灯系统内包含56颗LED,每个LED能够分别点亮、熄灭或是调整亮度。此灯的独特功能如下：

● 防对向车辆炫目：LED根据前雷达和立体摄像机的数据进行点亮、熄灭或者是调整亮度动作，实现自动调整照射范围，保证自己视线的同时，避免造成对方车辆炫目。

● 绕开前方车辆轮廓：遇到前方同方向行驶车辆时，可绕开前车轮廓，同时完全照亮前车左侧和右侧区域。因此夜间行车时可一直开启远光灯，大幅提升行车安全性。

● 遇行人快速闪烁：智能头灯可以识别出前方行人，用大灯自动快速闪烁，以提醒行人避开危险，降低夜间意外的可能。

图4:动态智能全LED前照灯之独特功能示意

这样的矩阵式动态智能全LED前照灯可以采用串联或并联驱动结构。采用并联结构时，各颗LED在电气特性方面的差异对照明系统的性能有显着影响，造成能耗增加及散热问题。串联驱动结构中，LED驱动器提供恒流源，短路开关可以关闭单个LED,从而能够根据需要来改变光束。如果在串联驱动电路中增加伴侣芯片(像素控制器)，透过系统划分，这样就有可能避免并联拓扑结构所固有的能耗及热管理问题。

图5a:安森美半导体矩阵式汽车LED前照灯方案示意图

图5b:安森美半导体矩阵式汽车LED前照灯方案示意图(续)

安森美半导体的NCV78763降压-升压LED驱动IC在这矩阵式动态智能全LED前照灯中充当电流源，它与集成型像素控制器/伴侣芯片相辅相成。这种模块化方法减少了元件数量，并简化应用流程，因而加速产品上市。