汽车照明应中的LED及电机驱动方案应用举例

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。
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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。[page]

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