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汽车照明应中的LED及电机驱动方案应用举例 |
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作者：安森美半导体 Jamie Zhang |
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随着LED光输出不断提升，彩色及白光高亮度LED已能替代白炽灯用于汽车照明。由于LED是低压器件，根据色彩及电流不同，其正向电压可能介于2 V至4.5 V之间；LED还需要以恒定电流驱动，以确保所要求的光强度和色彩。安森美半导体为汽车照明应用提供符合汽车应用严格要求的丰富LED照明及电机驱动方案，满足不同汽车照明应用的需求。
汽车前照灯方案
现在路上行驶的大多数汽车都装备了卤素灯，带有主要前照灯功能——远光灯及近光灯。卤素近光灯的功率消耗约55 W，提供约1,000流明的光输出。而十年前推出的高强度气体放电灯(HID)消耗功率约为35 W，光输出约3,500流明。由于极高的光强度和眩光，会给迎面驶来的汽车带来风险，一些国家要求近光灯要自动调节，并附加高压清洗装置。随着时间推移，HID灯将在双氙气方案中集成远光灯功能。
虽然卤素灯技术仍是可行的前照灯方案，但汽车设计已经开始越来越多地使用LED照明技术，以提供丰富的造型选择，支持灯具“即时导通”，并实现0%到100%的亮度控制。
前照灯另一个重要用途是优化弯道可见度的自适应前照灯系统(AFS)的光束旋转，并根据实时环境调配光束的自适应驾驶光束(ADB)。步进电机为AFS及ADB提供主要的控制功能。安森美半导体提供专门为前照灯设计的完整产品系列，包括通用灯泡驱动器方案、步进电机驱动器、LED驱动器及氙气灯驱动器。
1)前照灯的水平及旋转调节方案
AMIS-30623单芯片微步进电机驱动器控制器及LIN接口可用于设计与LIN主机远程连接的专用机电方案。该器件通过总线接收位置指令，并使用可配置的电流、速度、加速度及减速度参数，驱动电机线圈至所需的位置，还可检测电机停转状况，适用于前照灯水平调整和旋转控制。
图1：单芯片微步进电机驱动器及LIN接口
NCV70521和NCV70522是单芯片微步进电机驱动器，带有电流转换表和SPI接口。NCV70522还包含嵌入式5 V稳压器及看门狗复位功能。该器件用作外设驱动器，从微控制器接收“下一个微步指令，并以想要的速度同步电机线圈电流。集成SPI总线允许参数设置及诊断反馈。
图2：带电流转换表和SPI接口的单芯片微步进电机驱动器
2)先进LED前照灯系统的电源镇流器及双LED驱动器
用于前照灯的NCV78663单芯片智能LED驱动器支持以单个模块控制远光灯、近光灯、日间行车灯、示廓灯、转向灯、转向指示灯及雾灯。它集成数字调光、SPI可编程设置及内置诊断功能，提供集成的高能效方案，全面控制前照灯。
NCV78663是降压-升压拓扑的LED稳流器，具有恒定平均电流、高能效集成降压开关(高边)、高达2A的电流，以及扩展诊断功能(检测开路或驱动器故障、短路、过流保护、单个LED故障)、热保护的特性。
图3：前照灯单芯片智能LED驱动器
图4：NCV78663演示套件
尾灯方案
现在汽车组合尾灯(RCL)越来越多地采用LED灯体组，不仅外形美观、光效高，更有助于后车清晰地看到前车的行驶状态。安森美半导体的NCV7680是用于汽车LED组合尾灯的线性稳流器及控制器，具有驱动LED串恒流输出、LED串开路诊断(带开漏极输出)、消除EMI顾虑的歪曲率控制功能、片上1 kHz尾沿PWM调光、过压及过温时降低输出功率等特性。
汽车电池系统电压波动范围大，在低电压条件下提供恒定LED光输出是关键特性。NCV7680包含8个线性可编程恒流源。采用NCV7680的系统可支持两个亮度等级，一个用于刹车灯，一个用于尾灯；也可以采用可选的PWM控制(首选的LED调光方法)。PWM发生器的固定频率可提供无闪烁的照明。可选的外部镇流器FET允许在要求大电流的设计中分配功率。
图5：有外部FET镇流器晶体管的应用图
为配合常见的LED串组合尾灯配置，NCV7680提供8路匹配输出，用于单独驱动各串，而电流由单颗电阻设定。单独驱动各可串确保不同串之间的电流分配均衡。NCV7680可以单独使用，也可以与其它一些支持电路一起组成更复杂系统。该器件适用于组合尾灯、日间行车灯(DRL)、雾灯、中央高位刹车灯(CHMSL)阵列、转向信号灯及其他外部调制应用、液晶显示器(LCD)背光、照明模块等。
汽车内部及外部照明方案
1)内部RGB LED照明方案
本地互连网络(LIN)总线是一种用于当今汽车网络架构的低成本串行通信协议。NCV7430 LIN RGB LED驱动器结合了LIN收发器与RGB LED驱动器及存储器，适用于汽车内部照明。这款单芯片RGB驱动器可监视汽车内部照明中的专用多色彩LED应用。
NCV7430包含LIN接口(从器件)，用于LED色彩及光强度参数设定。该器件通过LIN总线接收指令，随后独立驱动LED。NCV7430在LIN总线上用作从器件，而主器件可以通过总线读取特定状态信息(参数值及错误标志)。NCV7430的LIN地址可通过器件内部存储器编程固化。
图6：汽车内部照明方案
NCV7430的特性还包括保护及诊断过流检测(对地及VBB短路检测、LED开路检测、高温警示及关闭和检测到错误时重试模式)；省电(休眠模式供电电流20 mA、兼容14 V汽车系统)；以及EMI兼容性(LIN总线集成斜坡控制、LED调制模式降低EMC)。
2)外部及内部照明恒流稳流器(CCR)方案
双端线性恒流稳流器(CCR)是简单、经济及强固的器件，为成本敏感的LED应用提供有效的稳流方案，适用于汽车外部照明，如中央高位刹车灯(CHMSL)，以及内部照明，如座舱灯、化妆镜灯、手套箱。该器件不要求外部元件，可用作高边或低边稳流器，在宽输入电压范围下对输出电流进行稳流，其设计带有负温度系数特性，用于保护LED在极端电压及工作条件下免受热失控影响。
型号为NSI45xxx、NSI50xxx、NSIC20xx、NSI45xxxJ和NSI50150AD的器件的稳流电流可在宽电压范围内提供恒定亮度；负温度系数在高环境温度条件下可保护LED；提供多种最大电压版本(45 V、50 V及120 V)，可承受电池电压突降。
图7：汽车外部及内部照明的恒流稳流器
除以上方案，安森美半导体还提供其它LED驱动方案。紧凑型350 mA降压LED驱动器CAV4201和CAT4201采用专利的平均电流稳流架构，可用24 V电源驱动串联的多达7颗LED，处理达40 V的瞬态电压，能效高于94%；还具有限流及过热保护、LED开路保护功能。其汽车版本CAV4201通过了AEC-Q100认证。另一款用于高亮度LED的多拓扑恒流开关稳压器NCV3065，驱动电流达1.5 A，采用外部开关提升能效，支持PWM及模拟调光，可承受达40 V瞬态电压。
总结
安森美半导体运用低压及高压技术及电源管理方案方面的专知和技术，以及先进汽车工艺技术为汽车照明应用提供各种先进解决方案。所有这些集成电路均符合汽车可靠性和温度等规范及环保要求，同时能够满足人们对车内照明控制、前照灯、后组合灯、雾灯、示廓灯，尤其是新光源等方面越来越高的要求，在为驾驶者带来舒适性和乐趣，丰富消费者体验的同时，也满足了环保和节能的要求。(end)
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(3/27/2014) |
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