汽车照明市场继续强势成长，分析师Yole预测到2024年市场规模将达到388亿美元。在过去几年里，LED在这个市场中的比重越来越大，LED车外灯已成为我们道路上熟悉的景象。


与白炽灯泡相比，LED的寿命更长、更节省空间、成本和电力，还替复杂和客制化的照明系统带来了新的机会。有一种趋势是对LED进行更复杂的控制，而不仅仅是切换开关而已；举例来说，藉由在方向灯中加入动画来提高安全性，以及根据场景的变化，改变LED的亮度。


除了LED本身，汽车还需要合适的电子元件来驱动和控制LED。这些元件必须可靠、小巧、有效率，而且能够提供像是调光和故障侦测等特殊功能。


虽然过去驱动LED通常使用分离元件，但现今已转向使用整合式驱动器。让我们审视这些零件的要求，以及它们为汽车设计人员提供的功能。



图一 : 汽车LED产品应用
图一 : 汽车LED产品应用

控制LED

为了产生所需的光，LED驱动器需要在LED的阳极和阴极之间施加一个达到最小阈值电压 (称为「正向电压」) 的电流来点亮LED。这个电压取决于LED的颜色，但通常落在1.6V至4V左右。


LED的亮度取决于供应的电流，这代表可以使用合适的LED驱动器来调低汽车灯光的亮度。有两种方法可以做到这一点：降低电流，这种方式称为类比调光，或使用脉宽调变(PWM)进行数位调光。


对汽车产品应用来说，LED驱动器需要坚固耐用，并且能够在-40°C至 +105°C或125°C的宽广环境温度范围内运作。装置必须能够处理多变的电压，比如说典型商用车的24V电池、内燃机车辆(ICEV)的12V电池，或配备 DC-DC转换器的最新电动车(EV)并为其配件供电的12V辅助电池。同时，能够符合相关的电磁相容性(EMC)要求，在未来的电动车浪潮中也非常重要。


藉由使用微控制器，转换成更智慧的LED控制。另一个有用的特点是故障侦测功能，可以警告驾驶人LED故障并指示其位置，从而提高安全。典型使用多个 LED的车灯中，其中一个LED要是发生故障，因为其他LED还能继续运作，所以很难侦测到。这可能会导致安全问题，因为车灯可能无法达到所需的亮度。因此能够侦测故障的智慧LED驱动器弥足珍贵。



图二 : LED后灯
图二 : LED后灯

实际运作的整合式 LED 控制

Diodes公司的AL5873Q，就是整合式LED驱动器的例子。这是一款三通道缐性LED驱动器，具有5V至55V的宽广输入电压范围，还提供多种功能，让车辆照明设计更简便。


前一代产品需要一个控制器和一个独立的驱动器。现在，这两个功能全部由 AL5873Q整合在单一元件内。使用单一装置来驱动LED，让所需的外部元件数量降到最低，不但简化设计过程，还提高可靠性。


与Diodes公司的其他汽车相容LED驱动器一样，AL5873Q也包含内建保护功能，其会使用装置上的故障针脚，来报告问题的状态，例如LED发生故障时。


Diodes公司的下一代产品，将从单通道和三通道装置提供高达36个通道的更多通道数，甚至更多其他功能。这代表许多个別LED可以由单一驱动器装置独立控制，为车灯中的像素LED动画效果创造机会。


AL5873Q支援PWM和类比调光，每个通道可提供高达250mA，或合计 750mA的电流。LED电流位准可以使用两个参考电阻器来控制，这代表相同的LED发射器既可用于后灯组，也可用于尾灯和煞车灯。这让设计更为精简，代表可以大幅降低物料清单(BOM)成本。


如果接面温度过高，LED的使用寿命会大幅缩短。为了避免这种情况，AL5873Q包括温度监控功能，如果超过AL5873Q的阈值温度，它会降低 LED电流。此外还提供过热和LED灯条开路/短路保护监控，以及输入欠压锁定和故障指示灯功能。


AL5873Q採用具有外露焊埝的小尺寸TSSOP16封装，节省灯具外壳中的宝贵空间，并提供可靠、具成本效益的解决方案，同时符合严格的AEC-Q100 Grade 1汽车品质标准。AL5873Q是缐性LED驱动器，不需要外部电感器，因此可以降低BOM成本，并使EMI/EMC问题易于解决。


典型产品应用如图三所示，具有六个LED通道。LED电流位准由FULL针脚控制：当FULL针脚拉高时，会由连接到REF2针脚的电阻器设定LED电流；当FULL针脚拉低时，则由连接到REF1的电阻器决定LED电流。这代表同一组LED可以同时当成尾灯和煞车灯使用，而控制器使它们能够提供正常尾灯操作，和停止/煞车所需的两种不同亮度等级。



图三 : 典型汽车 LED 产品应用
图三 : 典型汽车 LED 产品应用

数位调光由PWM针脚控制，LED电流和亮度则是根据PWM讯号的工作週期来调整。如果偏好类比调光，则可以藉由将ADIM针脚上的电压从 0.3V转换到1.5V，在0%到100%之间缐性调整LED电流。


此外还提供另一个省电功能，就是睡眠或待机模式。如果将PWM针脚拉到接地，而超过7ms沒有送出讯号，则AL5873Q会进入低待机电流模式 (消耗小于250μA)。如果超过25ms沒有讯号，AL5873Q会进入超低静态电流模式(消耗小于1μA)，从而降低整体功耗。


结论

展望未来，汽车产业的LED前景一片光明。首先，随着电动车取代现有的汽油和柴油车型，电力消耗和电动马达转换效率将变得越来越重要。由于续航里程是电动车的一个关键卖点，因此在汽车怠速或行驶时，将所有电子配件(包括照明)使用的电力降到最低，将是延长电池寿命的主要因素之一，从而增加往来充电站之间可行驶的里程。


汽车制造商也将寻找新的方法，让他们的产品之间有所差异，而LED照明可以透过客制化外型和动画，让他们的优势显而易见。此外，车辆正在转变成高度复杂的「车轮上的电脑」，这代表设计人员正在寻找的LED驱动器，需要能与汽车通讯，并向汽车报告问题。


随着这些要求的演变，来自供应商的整合式和智慧型LED控制器/驱动器，将使设计人员能够获得LED的最佳用法和特性，无论客户朝哪个方向发展，都能满足他们的需求。


(本文作者Allan Lin为Diodes公司LED照明事业部总监)