安森美汽车外部照明方案使道路更安全、更节能

2022-11-16 1200次

智能汽车照明不断演变，转向为基于智能汽车照明LED的方案提高了道路安全性，实现了节能3-5倍，增强了客户体验，提高了创新的灯具设计和可靠性，不断拓宽了汽车照明的新领域。(onsemi)关注汽车领域的发展趋势，不断推出创新的智能电源和智能感知技术，确保道路安全。它也是汽车照明领域的先驱和领导者。重点关注汽车外部照明的系统应用和安森美定制的半导体方案，包括矩阵/像素灯、造型定制和车联万物(V2X)。

前照灯及SPI接口LED驱动器模块

前照灯包括近光灯、远光灯、日行灯、示宽灯、转向灯和雾灯。由于系统总功率非常大，而且集成了很多功能，需要更多的散热，设计相对复杂，因此，一般会把前照灯的LED驱动电路单独做成一个模块，有助于加快研发周期，平台化项目管理，可灵活用于多种车辆结构和灯组造型。

高级LED驱动模块可最优化前大灯性能，能为单个LED灯珠或多个LED灯串供电，可编程，以实现对各类汽车灯光的控制，最小化电能消耗，含安全诊断功能和车载网络(IVN)。

安森美的LED驱动模块具备更高的集成度和可靠性，平台化设计提供扩展性和灵活性，适用于各种前照灯设计，智能的功能分区有助于降低成本，还实现独特的前向照明效果，减少碳排放，有助于电动车增加续航。

如图1是一个前照灯系统中LED驱动电路的框图，这6通道LED模块可驱动多组LED灯串，对应远光灯、近光灯、柱形灯、角灯、转向灯等，含LED驱动芯片、步进电机驱动芯片、各种传感器接口、电源及电源管理芯片、接口保护芯片、车联网芯片SBC和单片机等，是个可自主工作的小系统。

图1：可驱动多组LED串的前照灯模块

安森美的单通道LED驱动器系统单芯片(SoC)，集成了车灯所需要的安全与控制功能，比传统方案简化了外围器件，优化了电路的设计，可使设计人员快速完成产品设计，非常适用于设计单一功能的LED车灯。

安森美已开发了4代SPI-LED驱动产品。第2代是Boost-Buck芯片NCV78763，第3代有多通道的Buck芯片NCV78723和多相Boost芯片NCV78702、NCV78703，最高输出电压达60 V，是目前市面上同类型产品中电压输出能力最高的，第3.5代是多通道同步整流Buck芯片NCV78825，驱动电流能力可达3 A，也是目前市面上同类型产品中电流驱动能力最大的。第3代以后的产品适用于3组以上的LED灯串。

图2：安森美的SPI-LED驱动产品选型图

如果采用两颗NCV78763 ，可驱动4个不同的LED灯串，将两个Boost并联，可输出更大功率，但这只是一种简单的功率加成，对于驱动更大功率的LED灯组，推荐采用多相交替工作的Boost芯片。在实际应用中，一颗NCV78702/NCV78703可配合多颗NCV78723，可驱动4到12个不同功率的LED灯串，全面覆盖远光、近光、柱形、转向、角灯、雾灯等功能。

在此基础上，若再加上采用同步整流Buck技术的NCV78825，可驱动更大功率的LED灯珠，提升系统能效，减少发热。

Boost-Buck电源结构的优势

Boost作为稳定的电压源，可保障多颗LED灯串所累加起来的压降需求。Buck作为稳定的电流源，直接驱动LED发光，由于电流源不受负载电压瞬变的影响，可实现快速的开关切换，在自适应远光灯(ADB)矩阵/像素灯组中，有非常出色的表现。

这种架构还有利于平台化的设计，可任意搭配4到12组LED灯串，高度集成可减少外围器件数和物料单(BOM)成本，SPI通信和诊断功能提高设计安全性。

用于矩阵/像素前照灯的像素控制器

矩阵/像素灯组是一种汽车先进前照明系统，可增强前向的照明视觉，不仅服务于驾驶员，也适用于周围的交通环境如防眩光、随动转向、照亮障碍物、行人规避等。

光束中的单个像素可受控打开/关闭，其中的像素是指LED阵列中的一颗LED灯珠，每个像素都有一个光束照亮的区域。光束智能照射可适配驾驶意图和交通环境，提高安全性。模块化设计可适配任何架构。

高级矩阵/像素灯组在多种驾驶场景中使前大灯功能最优化，包括照射更长距离，转弯时光束可切换，同时更清晰地照亮道路中的行人和障碍物，尽量减少对向车辆产生的眩光，可根据需要控制单颗LED像素的开关，且包含安全诊断和车联网等功能。图4是安森美的像素/矩阵灯组应用框图的一个例子，由4个LED灯串组成。

图3：像素/矩阵灯组应用框图

在像素灯控制芯片中，集成了12个旁路开关，每个旁路开关都可独立控制，我们将每3个旁路开关设定为一组，从而形成4组连接结构，从而灵活地匹配不同的功能模块如远光、近光、转向、日行、格栅、造型灯等。因为不同的LED灯板模块的驱动电流可能是不同的，这可扩展像素控制芯片的应用场景，不仅仅局限于由远近光组成的矩阵/像素灯应用，还可实现多组开关的并联，使得开关所能承受的电流成倍地增加，以驱动更大功率的LED灯珠。

LED灯组 – 串联型驱动 vs 并联型驱动

在广泛的车灯中，LED灯组有两种驱动：串联型和并联型。上文介绍的矩阵/像素LED灯组是串联型结构。当LED灯珠的额定工作电流大于300 mA时，一般选择串联型结构，这种结构的缺点是压降大。

安森美的LED驱动芯片拥有最高可升压至60 V 的Boost控制器，Buck芯片则负责控制整个灯串稳定的电流输出，因此安森美的采用Boost-Buck电源结构的LED驱动是这种串联型LED灯串的理想方案，同时安森美的像素灯控制芯片NCV78247和NCV78343也完美地匹配这种串联型的LED灯组。

NCV78247集成了12个矩阵开关，每个开关的过电流能力是1 A，含SPI接口。NCV78343也集成了12个矩阵开关，每个开关的过电流能力提升到1.4 A，含UART接口，不但可用于由远近光组成的矩阵灯组，也适用于具有动画效果的转向灯、日行灯、格栅灯、造型灯等场景。

当LED灯珠额定工作电流小于100 mA时，一般选择并联型驱动，这种结构的LED灯串总的额定工作电流将会是所有灯串的累加，由于采用并联结构，所以每路压降都保持相同。因此，它不需要Boost升压电路，在输入端匹配一个Buck转换器来稳定总输入电压，然后采用多路线性恒流源来负责LED的稳定驱动电流。安森美提供相应的NCV7685。

图4：LED灯组 – 串联型驱动vs.并联型驱动

用于车后组合灯(停车灯、尾灯、转向灯、造型灯)的LED线性驱动器

这类灯属于信号灯，用于提醒周围车辆和行人，本车即将要发生的驾驶意图，包括转弯、刹车、驻车等，同时车身上的各种造型也可作为汽车身份的一种标识，工作电流一般小于100 mA。车后组合灯有这些高阶功能：增强型停车灯、尾灯、转向灯是动态的分段式灯光信号，创新的车灯造型可实现以光束打造品牌、迎宾、动画等效果，可驱动单串、多串LED灯珠，更高能效，更少损耗，并含安全诊断功能。

安森美提供单通道和多通道LED线性驱动器，如图6所示，单通道预驱动芯片有NCV7691/92，多通道预驱动芯片有NCV7693，多通道直接驱动芯片有专用于刹车、停车的NCV7683，以及带I2C接口的NCV7685。

图5：安森美的LED线性驱动器

NCV7692和NCV7693是恒流控制器，通过PWM控制信号驱动外置的NPN三极管，提供稳定的线性电流。因为NCV7693可控制3路LED灯串，所以可组合成动态的开关效果。

NCV7683和NCV7685是8通道线性电流源，集成功率开关，每个通道的电流驱动能力分别是100 mA和60 mA。NCV7685有两种工作模式：标准模式下，通过外围电路设置芯片的各项参数，无需单片机介入，但只能进行简单的开关操作;I2C模式下，单片机通过I2C接口配置芯片的各项参数，可实现多样的LED灯串动画效果。

LED恒流调节器

这是在简单车灯应用中的高性价比方案，设计人员可根据下表的关键参数为应用匹配最适合的器件。这些LED恒流调节器在宽电压范围内提供恒定的电流，从而实现恒定的亮度。高温条件下，负温系数可保护LED。