安森美半导体汽车LED照明解决方案
发布时间：2011-7-16 22:51
发布者：Liming
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安森美公司 汽车照明的各个部分都可以采用LED，从前灯到雾灯，仪表背光到反光镜的照明、尾灯照明、内饰照明等，安森美提供一系列的标准照明模拟产品如NCV3065和分立器件如NSI45系列，以及收购AMIS获得的一系列产品如ASSP等，为不同的照明子系统提供专业的汽车级照明解决方案。 汽车LED应用范围 汽车照明可以分为汽车内部照明和外部照明，在汽车的各个领域都有LED的应用。从广义上来说汽车LED照明可以分为低电流（<200mA）、中等电流（200~500mA）和大电流（>500mA），对于这样一个应用范围，安森美推出了线性驱动器和开关驱动器来满足不同的应用。在20~500mA内我们可以使用线性驱动器来驱动，在200mA至几个安培内我们可以使用开关驱动器来驱动。 对于不同的成本、不同的应用、不同的需求，安森美会用不同的产品来支持。在低成本要求下，我们会直接用电阻来驱动，它的成本最低，也没有电磁干扰，缺点是它依赖于电压，能耗比较低，而且LED在长时间使用后会出现问题，它的电压波动会对LED造成损害。安森美对于电阻有一个替代方案，我们的CCR即恒流源可以串在电路中，它的成本比电阻略高，但大性能会非常好，会保护LED使电路中的电流保持恒定，缺点是能效不是很高，适合于小电流情况下应用。在用户需要更多电流情况下，我们可以提供线性稳压器，它的精度在2%左右，路数比较多，没有任何的EMI问题，但缺点是能效不是很高，成本适中。对于更大电流需求的情况下，我们使用开关电源，它的成本比较高，但是能效高，而且有专用的接口。 
图1 对于不同的应用我们使用不同的驱动器，比如线性稳压器可以应用在中高位的刹车灯，组合的尾灯和测光灯、背灯；对于开关稳压器，可以用在内部照明、组合尾灯、大灯和氛围灯；对于照明管理集成电路，主要应用在一些复杂的电路，比如前灯、尾灯和比较高级的前照灯AFS系统。 各类型产品主要特征 线性稳压器针对低电路的应用，比如20mA的LED，它的总功耗比较低，可以在85度的环境下工作，系统集成度比较低，如NSI45系列的CCR或NUD系列就可以满足这类的要求；对于开关稳压器，它的特征是LED功率会比较高，能达到700mA左右，属于中高等的总功耗，可以在最高125度的环境下工作，它的系统集成度也比较低，可以用NCV3056/66系列实现对它的控制；对于照明管理集成芯片，它的功率也比较大，环境温度也可以达到125度，是一个完整独立的子系统，所以集成度会比较高， NCV78663和NCV7680就是针对这种应用使用的。 线性LED驱动器 以下是安森美线性驱动LED产品中的一部分，支持多种拓扑结构，但是能效比较低，主要用于汽车内部照明、制动灯、雾灯、日间行车灯和侧面标志灯等。NSI45系列最大电流可以达到180mA，而且可以调节，可以用于高位刹车灯、尾灯，是一个线性电流源；NUD400系列的最大电流是100mA，主要应用在背光领域；CAT4101系列最大电流可以达到1A，主要用于内部照明。从这里可以看出，安森美在线性电流源里面产品系列比较完整，从低电流到高电流都有覆盖。 表1 CCR价值对比 
恒流稳流器（CCR）低压系列LED驱动器 本系列产品可以在不同供电电压条件下提供恒定的亮度，在不同LED正向压降条件下提供恒定的亮度，也可以在低电池电量条件下仍提供较高亮度，而且具有限制电路电流、提供高压保护、支持串联不同数量的LED，它的价格成本比较低，适合中低成本的应用，而且最高电流可以达到180mA。针对不同的功率输出产品有不同的封装，例如30~80mA是SOT-223封装，60~150mA或者更高电流是DPAK封装，低于30mA我们会采用SOT-123这样的小封装。 由于CCR是小电流输出，最大电流是在150mA左右，所以在车内和车外都有应用。在汽车内部，主要应用在仪表盘背光、中控台背光、导航音频系统、化妆镜灯、车门前地面灯和氛围灯等，在汽车外部的应用主要有中央高位刹车灯、转向信号灯、侧转向灯、尾灯和刹车灯等。 NSI45系列产品特性：CCR既可以用在底边，也可以用在高边，不需要任何配置，直接串在电路里就可以使用，而且压降比较小。在正常情况下一个电路里可以串接3个LED，工作特性是在一定的恒流电压里面可以提供恒定的亮度，而且由于是负温度系数的产品，在高温度环境下可以保护LED，因为温度越高，它的输出电流越低，达到保护整个系统。它的最大工作电压是45V，加上LED的耐压可以提高整个系统的耐压等级。 将CCR和电阻、线性驱动器和开关驱动器进行对比，在通用条件下，电阻的亮度会产生变化；在LED正向压降筛选的情况下，CCR不需要筛选，而线性驱动器和开关驱动器都有可能需要；在通电EMI电磁干扰情况下，开关驱动器会有一些EMC问题；在低电流情况下如低于150mA的成本应用领域里，CCR和线性驱动器是比较便宜的 ，而开关驱动器比较贵，电阻价格相对便宜；对于一般级开关盘、警示灯、PWM亮度控制，CCR可以连接简单的控制亮度，而线性驱动器需要接地参考，开关驱动器就很难；对于汽车尾灯组的应用，CCR和电阻是支持的，而线性驱动器和开关驱动器是不支持的；对于高压时LED的烧坏保护，除电阻外，其它都是支持保护的。 
图2 NCV8871线路板 图3 NCV8871电路 开关LED驱动器 开关电源驱动主要支持拓扑结构，会对EMI进行控制，它的能效比较高，可以达到50%到90%之间，可以用作室内照明、停车灯、雾灯、日间行车灯和侧面标志灯等。安森美主要产业有：NCV8871可以通过外部的MOS管来控制输出电压和输出电流，NCV8842和5141系列都是1.5A的输出，但是一种降压输出，而3063、3065和3163系列都是可以做升降压控制的，在开关控制驱动器方面我们有比较灵活的选择。 NCV8871是一个升压控制器，带同步引脚，它的外围电路非常简单，在工作温度下可以提供2%的输出电源精度，在关闭情况下功耗非常低，只有10μA，可以通过内部开关频率从100Hz到500KHz实现条件频率，但要在出厂时设置好。而且它可以调节限流、内部软启动以及斜坡补偿，工作范围3.5V-40V，可以使用矢能角和同步引脚，有峰值电流控制模式和热关闭模式，工作温度为-40度到150度，可以承受40V的压降，能够配置为正激、反激或单端初级电感转换器拓扑结构。 NCV8842和8843是1.5A、170KHz和340KHz的降压稳压器，带同步能力，可以工作在4.5~40V，内部集成的MOS管可以提供1.4A的输出，输出电压可以从1.27V开始外部配置，具有同步引脚用于改善EMI性能，而且有限流以及热关断保护，封装非常小是DFN-18封装。 照明管理LED驱动器 LED前照明一般要求支持从单个LED到多个LED串，电压高达60V，需要PWM调光，需要高能效集成驱动器，更需要LED串的低EMC辐射，还需要诊断和同步接口。 针对这样一些需求，安森美推出了NCV78663功率LED前照灯方案，这是一个集成度非常高、外部元件非常少的方案，是一个降压、升压模式的驱动芯片，可以恒定LED的输出工作电流，最大输出电流可以到2A，带诊断和热保护模式，通过外部的SPI和OTP来设置整个系统，单个器件可以支持多种系统配置，为整车厂提供更少的模块版本，而且可以直接连接电池，降低EMC辐射，总体能效在90%以上。 在组合尾灯的一些应用中，可以看到它的LED是不一样的，有7.5X7.5的LED，也有4个脚的LED，红色、橙色各种颜色都有，它的流媒数从2到6lm；另外一种是2脚的LED，流媒数是从2到12lm，具有专用的紧贴封装，对于不同的应用会有不同的需求。 针对汽车尾灯的需求，安森美推出了NCV7680线性稳流器用于LED尾灯控制。它的特点是可以输出一个恒定的电流，每路的输出电流是在75mA左右，有LED开路诊断以及带漏极输出，可以通过斜率控制来消除EMI问题。它通过外部调制而且片载1K的PWM调光功能，可以使用一个单个电阻来设定外部输出的电流或占空比，并且在过压及过温条件下具有set back功能。 结论 安森美半导体提供从低电流到大电流的完整的LED驱动器产品解决方案，而且提供高能效的应用支持。安森美是有实力的半导体供应商，拥有专业的汽车LED生产技术，提供包括分立、标准及全定制产品在内的丰富产品，所有汽车产品都通过AECQ100认证。 问答选编 问：目前的方案在热量控制方面有何改进或优点？能效比能达到多少？ 答：目前我们的开关控制器效率可以到90%左右。 问：请问开关型驱动器是根据什么方式来防止过压过流来保护LED？ 答：如NCV3065通过采样电阻的反馈来调节输入电压，从而达到LED的恒流。 问： 汽车照明系统中的车厢内照明、高位刹车灯、尾灯与主光头灯，若改用LED驱动各有哪些需要特别加以注意的关键性要点？ 答： 各自的亮度需求、安全等级、可靠性要求，以及安装位置的环境，如环境温度、取电的位置等。 问：LED驱动芯片是否带有温度采集和保护？ 答：LED驱动芯片自身都是有测量自身温度的功能，做热保护用。NCV78663有采集外部温度的功能引脚。 问：汽车高温环境是否会影响到LED照明的光色性能？如何解决？ 答：环境温度对LED的影响很大，比如发光效率就会随温度的上升而下降。首先要解决好自身的散热，此外驱动芯片的散热及温度补偿也很重要。 问：NCV8842和NCV8871有什么区别？ 答：NCV8842是内部集成开关的Buck驱动器，而NCV8871是一个Boost控制器，应用方式不同。 问：CAT4101用于内部照明最大电流为多少A？ 答：CAT4101最高可输出1A电流。 问：电压波动冲击能保证LED的恒定亮度吗？ 答：如果应用了恒流源，比如在支路中串联了CCR产品，可以确定恒定的亮度。 问：请问可编程频率的LED驱动功能的设计初衷是什么？ 答：对于开关驱动器需考虑EMC、EMI，部分管理芯片采用可编程频率会考虑调光的需求。 问：我们应用LED照明时还需要增加什么管理系统？ 答：在汽车上对于灯光的控制，车身管理系统是必须的。 问：与普通的LED照明相比较，汽车LED照明最突出的特点是哪一项？ 答：LED寿命长、体积小、亮度高。 问：安森美的汽车LED照明驱动的可靠性目前已达到多高MTBF水平? 答：我们的汽车级产品完全可以满足AEC-Q100的要求。 问：目前安森美公司的产品能驱动多高电流的高亮度LED，有产品型号吗? 答：有一颗专门用于驱动LED灯的，最高可驱动1.4A，型号为NCV78663。 问：安森美的LED驱动器输出电流精度最高能达到多高? 答：线性控制器CCR 电流精度在10%~15%，全温度范围；对应开关电源的方案一般在10%左右，和外面的采样电阻的精度有关。 问：加入的限流电阻的技术规格是如何要求的，具体的推荐规格有几款？ 答：我们有限流电阻的替代产品CCR，选取方式很简单，只需要根据电路中的电流需求选择相对应的产品就可以了，CCR是根据输出电流区分型号的。 问：LED在汽车照明中的应用越来越广泛，用户可以自行进行车辆照明改造安装吗？ 答：最好不要这样做。LED的稳定工作都是要保证恒流驱动的，机理较为复杂，受影响的因素较多，汽车上干扰也很多，而且LED及其驱动的散热也非常关键，自行安装很容易考虑不全面。 问：LED驱动对开关稳压电源有什么要求？是恒流还是恒压？ 答：一般的LED驱动器会有恒流的要求，我们的驱动比如NCV78663应用领域只针对汽车前灯，既有恒流功能，又可以做Dimming，还可以用于模拟调光，所以能更好的满足客户的功能需求。 问：汽车的工作环境相对恶劣，汽车LED照明驱动器件是否都必须采取高规格的严格散热措施？ 答：LED的稳定工作都是要恒流驱动的，恒流源本身对内部晶体管的温度特性很敏感，因此驱动芯片本身的散热要做得更好一些，需要格外注意，尤其是驱动芯片本身安装在灯具内部的情况。 问：LED在汽车照明中的应用越来越广泛，是否已能彻底地实现全面替代了呢？ 答：LED现在已经可以用在汽车的各个部分的照明系统中（像最新的奥迪A8头灯就是全LED的），完全替代还要考虑成本、亮度、散热等综合因素。 问：汽车LED照明是否可采用负电压驱动共阳极LED? 为什么? 答：LED都是恒流驱动，如果干扰很厉害，可以考虑先加一级电压源，由电压源为每一路的恒流LED驱动供电，这样可以把干扰隔离到恒流驱动之外。电压源输出抗干扰手段很多，加电容，加钳位管等方式，但这样做成本有所增加。 问：对于汽车LED照明驱动，安森美专家建议优先考虑何种形式的散热措施？有无必要考虑风冷甚至水冷方案呢？ 答：小功率的可以自然冷却，大功率的可以加散热片。目前我们看到的汽车LED照明应用最高的功率在60W左右，可以用升压驱动控制。目前驱动部分还不需要其他冷却方式。 |
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