通吃汽車照明電路,緊湊型LED驅動問世

裝修集 人氣:1.24W

愈行愈近的2011年,對於以歐洲為目標市場的車廠而言,意味著ECE R87實行的時限將至。早在2008年歐盟已經公告,自2011年2月開始,新型小轎車、小貨車均需配備日行燈(DRL),其他貨車、大巴也將在2012 年8月7日起配備。奧迪旗下A8、R8以及A4系列均已配有LED日行燈,從著名汽車製造商積極跟進日行燈推廣的行動來看,LED採用率最高,顯然歐盟此舉將進一步加速車用LED市場的增長。

儘管LED的價格相較於傳統照明仍不夠平民,但財大氣粗的汽車行業並不差錢。作為高檔奢侈品,汽車的靈魂就是品質。LED憑藉長壽命、低功耗成功打入了汽車市場。據美國能源部統計,LED的使用壽命是傳統光源的20~25倍,比鹵素燈長10倍。和傳統光源相比,同等功率LED輸出的流明比普通燈泡高3~4 倍,比鹵素燈高2~3倍。使用LED還有助於提升燃油經濟性,有效降低二氧化碳的排放量。以日行燈來說,普通燈泡行駛每公里二氧化碳排放量為 1.2g,LED則減少至0.58g。

【表格1 LED日行燈與傳統光源的能耗對比】

緊湊型LED驅動問世 通吃汽車照明電路

來源:密歇根大學交通研究所

LED驅動電路工程大,一體化方案一手包辦

隨著LED技術的不斷成熟,汽車行業對LED應用於儀表盤、車內環境照明早已輕車熟路,LED正逐步攻佔剎車燈、霧燈、近光燈、遠光燈、日行燈以及自適應前燈(AFS)等車外訊號指示、前燈照明。汽車照明運用LED固然大有裨益,但在系統設計方面仍有不少問題有待克服。NXP汽車電子事業部全球銷售與市場副總裁Drue Freeman指出,LED應用於車外照明的挑戰在於需要整合化、靈活化和網路化的驅動器。

典型的汽車照明架構依託於車身控制模組來實現控制照明,傳統的燈泡方案只需要一個開關執行車身控制模組的指令,控制電路相對來說比較簡單。一旦轉向LED照明方案之後,照明控制電路立刻變得繁複。由於LED的色溫、輸出光通量和環境溫度有密切關係,需要採用MCU作為控制中心,根據環境溫度和光亮訊號實時調整LED的亮度,採集led上的資訊並反饋到車身控制模組,由此增加調壓、訊號調節、溫度反饋、短路保護、電磁濾波等一系列電子器件。從成本考慮,相較於傳統照明光源的驅動電路,LED架構的成本更高;從系統設計角度來說,複雜電路無形中提高了系統的風險,電子元器件故障排查難度也隨之加大。

緊湊型LED驅動問世 通吃汽車照明電路 第2張

傳統燈泡方案和LED照明電路對比

因此,提高LED照明控制模組整合度不僅減少晶片佔用電路板空間,通過減少電路中元件的使用量還有助於提高系統可靠性,減少系統開支。

NXP 推出的全整合式高度靈活型驅動器晶片ASL1010NTK和ASL1010PHN集成了諸多核心功能,如直接LED溫度反饋、LED故障檢測、內部脈寬調製(PWM)和短路保護等。採用該緊湊型晶片無需外接MCU就能構建LED照明控制電路。此外,在電流輸入傳導過程中,紋波電流會明顯地體現在LED表現上,一般通過濾波器避免紋波電流對LED的影響,該解決方案有效消除了紋波電流避免使用外部濾波器,大幅減少驅動電路所需的外部元件。Drue Freeman給出的參考設計中,該晶片搭配11個外部元件就可以實現同類LED驅動方案需要20多個元件才能實現的電路功能。

ASL1010NTK為8引腳版本,3×3mm的封裝尺寸可以和LED整合在同一個印刷線路板上,ASL1010PHN為同系列的16引腳版本,含有直接分級電阻輸入,並增加短路保護功能,防止連線等錯誤損壞LED。這兩款產品將於今年12月推出首批樣品,明年正式投入生產。

靈活支援多種LED方案,防止LED過熱有高招

Drue Freeman稱,LED應用於車外照明的挑戰在於需要整合化、靈活化和網路化的驅動器。

LED 已廣泛應用於汽車照明,即使是難啃的頭燈也有敢於吃螃蟹的廠商開始採用LED。然而不同的汽車照明應用,照明模組所使用的LED數量不一,驅動電路也各不相同。照明控制器件需要更強大、更靈活的方案,以快速匯入LED設計,充分發揮LED的節能優勢。NXP推出的這款系統解決方案可以支援1~20個LED 串聯,輸出電壓範圍為6V~60V,可以支援不同的汽車平臺,包括混合動力車。

另外,不同LED製造廠商、不同LED批次之間的特性也存在差異,而LED陡峭的正向特性會讓驅動電壓上的少許變化就引起驅動電流的強烈波動。因此,LED廠商必須根據LED色澤、亮度劃分不同級別,以往需要按各級別分別設計、優化LED驅動電路。由此不難理解LED照明產業出現固定向特定LED製造商採購的鎖定效應了。NXP此番推出的 ASL1010 PHN(16引腳版本)有望為LED照明鬆綁,它可以根據不同LED的特性分配分級電阻從而實現驅動電路的靈活性,賦予系統廠商設計、採購LED燈時更多的自由度。

由於目前LED技術的限制,LED光電轉換效率還有待提高,損失的電能以熱能的方式釋放,導致LED周圍溫度過高進而引發嚴重的光衰問題,更要命的是,LED使用壽命因此大幅縮水。大功率前燈的耗電量大,散熱問題最為突出,這也是至今LED頭燈難以普及的癥結所在。 ASL1010NTK和ASL1010PHN通過溫度反饋,並結合PWM調節流經LED的電流來防止LED過熱的問題。

這兩款產品是NXP針對汽車LED照明驅動推出的首款產品,老牌汽車電子供應商NXP的血液裡流淌著拆分前飛利浦照明的基因,相信他對於汽車LED照明的規劃不會止步於此。Drue Freeman透露,NXP對於車用LED驅動晶片有長遠的規劃,不久的將來會針對低電流驅動器整合電源開關,整合匯流排介面(CANLIN介面),以及多通道的驅動器用於驅動燈組形成光速的效果。最讓人興奮的是NXP將LED驅動器的整合度再推上一個新高度——無感測器的溫度感測,屆時LED驅動晶片將無需溫度反饋電阻即可感知LED的溫度。