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十大创新汽车LED及驱动器

2021-02-20 Gina Roos 阅读:
十大创新汽车LED及驱动器
根据Yole Développement的数据,汽车照明可能是自动驾驶发展的关键节点,在集成本地摄像头、雷达和LiDAR等传感器时将发挥关键作用。本文列出了用于汽车照明的10种创新LED和LED驱动器。

除了使用寿命长、高能效和可控制光源,LED还具有高亮度,使汽车驾驶更安全,因而在汽车业中的应用越来越多。LED可以安装或集成在整个车辆四周,包括前部、后部、侧面甚至顶部。在高位刹车/停车灯和转向信号灯中使用LED已经有一段时间了,现在后组合灯(RCL)和雾灯也开始使用LED。Lmmednc

为了提高安全性,汽车制造商开始在照明系统中置入更多智能。其中自适应远光灯(ADB)技术可以根据环境和“动态光影”照明,例如驾驶室内的驾驶员辅助提示和车辆状态信息,以及灯条中的安全警告、高级导航和盲区警告,动态地调整远光灯。Lmmednc

根据Yole Développement的数据,汽车照明可能是自动驾驶发展的关键节点,在集成本地摄像头、雷达和LiDAR等传感器时将发挥关键作用。Lmmednc

Yole的“Advanced Front-Lighting Systems”(先进的前照明系统)报告指出,汽车数字化是汽车发展的大趋势,正朝向电动汽车和自动驾驶汽车的方向发展。汽车数字化利用新方法提供安全性、舒适性和信息服务,随着汽车技术的发展,需要所有道路使用者之间能够更好地进行通信,这使外部照明变得更加重要。图1对人工驾驶与高级辅助驾驶系统和架构进行了比较。Lmmednc

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图1:人工驾驶与高级辅助驾驶系统架构比较。(图片来源:Yole Développement)Lmmednc

Yole指出,随着成本的降低以及效率、亮度和封装尺寸的改善,LED正迅速普及,目前全LED前照灯在新兴市场中已经商业化,几乎所有汽车制造商和一级零件供应商都已开发出完整的LED前照灯系统。报告还称,目前每辆车使用的先进LED矩阵大灯有超过50个LED,已应用于高档汽车领域。Lmmednc

LED还用于车辆内部照明,例如仪表板、车载信息系统、门灯、阅读灯、温度控制系统和音频/视频系统。Lmmednc

根据市场研究机构LEDinside(TrendForce的一个部门)的信息,一些供应商正在开发用于室内照明的RGB LED,实现全色混合和动态环境等功能,这是智能照明发展的一个趋势。Lmmednc

本文列出了用于汽车照明的10种创新LED和LED驱动器。Lmmednc

LED

随着越来越多的汽车前照灯采用LED,欧司朗光电半导体等LED制造商将继续努力提高亮度、能效和热性能。该公司已经发布了几款具有更高驾驶安全性的下一代LED产品,包括最新版的Oslon Compact PL和Oslon Black Flat S LED。Lmmednc

欧司朗将推出新一代单芯片至四芯片版Oslon Compact PL系列产品。与之前的产品一样,其陶瓷组件有一个绝缘垫,使封装更易散热。该产品可提供更高的电流,其中单芯片版本在电流1A、芯片面积1mm²的情况下可实现395流明(lm)的亮度。Lmmednc

该产品尺寸仅为1.9 mm×1.5 mmF×0.73mm,适用于ADB系统和空间极为紧凑的系统设计。ADB前照灯(也称为智能前照灯)可为驾驶员提供更宽的视野。Lmmednc

欧司朗还扩展了其Oslon Black Flat S系列产品,将单芯片和双芯片版本包含其中。其组件采用特殊的引线框架,具有最高的对比度值(>1:200)和极低的热阻,因此允许更高的电流。其单芯片版本在1A时可达到395lm。其UX:3芯片的照明表面是正方形,大灯制造商很容易进行光学设计。Lmmednc

由于在1A时可提供高达130lm的效率值,欧司朗相信未来大灯的散热器可以更小,甚至还可以不使用散热器。新一代Oslon Compact PL和Oslon Black Flat S的封装尺寸不变。Lmmednc

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图2:三星的FX系列LED。(图片来源:三星电子)Lmmednc

三星也升级了两款汽车LED,以提供更高的光效。据该公司称,其光效为133lm/W的第二代C系列和FX系列是光效最高的大功率汽车LED之一(图2)。这些封装可以在低压下提供更大的亮度,采用的散热器更小,使车灯的设计更轻巧,降低了车灯制造商的系统成本。Lmmednc

三星表示,其C系列的目标应用是外部照明灯,例如前照灯,它们需要更大的光通量和高可靠性,尤其是在恶劣的工作条件下。C系列包含多达四种多芯片设计,可提供高达1,560lm的光通量,其陶瓷衬底的热稳定性和高耐用性提高了每个封装的可靠性。Lmmednc

此外,三星透露C系列采用了独特的荧光粉混合物,对比度较之前翻了一番,最高达到1000:1,从而大大增加了驾驶员的视野。C系列有各种光通量和尺寸可供选择。Lmmednc

三星还称其FX系列具有高可靠性,该系列采用倒装芯片封装,尺寸为1.8×1.4mm。FX LED体积小巧,可实现更流畅的设计,可用于日行灯(DRL)、平视显示器(HUD)及下一代ADB。Lmmednc

首尔半导体推出了下一代WICOP(wafer-integrated-chip-on-PCB)UHL(超高亮度)系列LED——无需封装而直接将LED芯片焊接在PCB上,专用于电动汽车前照灯。与其他LED产品相比,使用新型WICOP UHL LED,电动汽车的前照灯功耗降低可达20%,散热性能提高了40%,预计2021年开始量产。图3显示了WICOP UHL LED技术。Lmmednc

电池功耗是决定单次充电行驶距离的一个重要指标,因此降低汽车组件的整体重量来降低功耗至关重要。Lmmednc

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图3:首尔的WICOP UHL LED技术。(图片来源:首尔半导体)Lmmednc

在前照灯中采用WICOP UHL技术以后,其散热器的重量可以减少75%。此外,产品的LED发光区域非常小,约为0.5mm2,可实现细光束前照灯设计。Lmmednc

WICOP产品是首尔半导体开发的业界首个获得专利的无封装LED技术。该公司表示:“倒装芯片技术必须在半导体工艺中进行粘合,而WICOP LED则可以在通常的衬底粘合过程中轻松进行表面安装。”Lmmednc

亿光电子已在其智能LED系列中嵌入了智能IC驱动器,以通过控制器更好地管理色彩并调节亮度,用于汽车内部照明。EL SMARTLED(智能多功能汽车RGB技术)系列使汽车制造商能够在车辆内部使用多种颜色。亿光电子是ISELED联盟的成员,该联盟致力于开发适用于汽车内部的智能LED技术并改善用户体验。Lmmednc

EL SMARTLED(XI3040-RGBIC0251L-AM)将驱动器IC集成到RGB-LED封装中,可控制三阶SDCM(MacAdam Ellipse)中的组件校准色差。集成的驱动器IC通过检测红色LED的温度来控制热失控。EL SMARTLED通过LIN接口可以串联多达4,000个LED,传输速度高达2Mbps,并可提供比传统RGB-LED更好的色彩均匀性。Lmmednc

智能LED采用SMD封装,尺寸为3.0×4.1×0.9mm。汽车内部应用包括内部照明、车顶阅读照明和仪表板显示。Lmmednc

同样,Dominant Opto Technologies也推出了智能LED系列,即seddLED(智能嵌入式数字驱动器LED)。单个封装中集成了用于汽车环境照明的RGB LED、LED驱动器和高级ISELED通信协议。Lmmednc

该公司seddLED3.0系列的第一个产品是A3A-FKG-1400-1,预校准至D65白点,亮度为1,400mcd,色容差小于3SDCM;第二个产品是A3A-FKG-RGB-1,预校准至单独的红色、真绿和蓝色,亮度分别为400mcd、1600mcd和250mcd。Lmmednc

A3A-FKG-RGB-1的优点是能够通过控制LED峰值电流(PWM)、波长校准和温度补偿来微调颜色和强度的变化。Lmmednc

该公司还推出了seddLED3.4系列的A3A-FKG-1400-1产品,预校准至D65白点,亮度为1,400mcd,色容差小于3 SDCM。Lmmednc

LED驱动器

为了充分利用LED的优势并实现最高效的光输出,LED必须与适合的LED驱动器配合。下面将介绍五款LED驱动器。Lmmednc

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图4:Diodes公司的AL8843Q和AL8862Q DC/DC降压转换器。(图片来源:Diodes)Lmmednc

Diodes公司的AL8843Q和AL8862Q DC/DC降压转换器(图4)可驱动汽车内部和外部LED灯使用的单个LED或多个LED灯串,可用于日行灯、雾灯、转向灯和制动/停止灯等汽车照明应用。两种器件均采用SO-8EP封装,符合AEC-Q100 1级标准。Lmmednc

电源电压范围为4.5V至40V的AL8843Q和电源电压范围为5V至55V的AL8862Q降压转换器甚至可以承受更大的电压变化,例如低起动或停止-启动操作时负载突降,LED的驱动电流却不会降低。其安全功能包括过热保护及LED短路和开路保护。AL8862Q还带开漏故障指示引脚。Lmmednc

DC/DC降压转换器支持0%至100%全范围PWM调光,可通过0.4V至2.5V模拟输入进行控制,也可由外部微控制器或主机处理器生成的PWM信号来控制。这两款器件均集成了一个功率MOSFET:40V/0.2Ω型号用于AL8843Q,55V/0.4Ω型号用于AL8862Q。它们还具有迟滞模式降压型LED驱动器控制功能,简化了反馈回路,工程师只需使用四个外部元件即可实现高度稳定的降压转换器。Lmmednc

安森美半导体发布了同一系列四个器件,简化了先进车辆照明的设计,可确保更高的道路安全性。新系列适用于低功率固态照明,包含两个LED驱动器(NCV7683和NCV7685)和两个电流控制器(NCV7691和NCV7692)。图5所示为NCV7685 LED驱动器。Lmmednc

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图5:安森美的NCV7685 LED驱动器。(图片来源:安森美)Lmmednc

安森美半导体指出,为了提高道路安全性,汽车制造商不再简单地使用“开/关”控制,而是转向复杂系统,在后组合灯、转向信号灯、雾灯和其他外部调制的LED串中采用运动和可变强度,向其他道路使用者提供可见度很高的警告。Lmmednc

NCV7685和NCV7683分别集成了12个和8个线性可编程电流源,能够以每通道高达100mA的电流驱动多串LED。其配置选项包括菊花链、照明水平控制、电流调节、排序功能和通道组合。Lmmednc

NCV7685采用具有CRC8误差检测功能的8位I2C接口,以通过PWM单独调整输出电流,并利用专用诊断引脚完成高级诊断(包括检测LED灯串开路或欠压等)。NCV7685可由DC/DC控制器和/或LDO稳压器供电,根据设计要求而不同。Lmmednc

NCV7691只使用一个外部NPN双极晶体管和一个反馈电阻,可提供较宽的电流调节范围来驱动一个串或多串LED。这种驱动器可以在多通道系统中添加单通道,并通过PWM输入支持调光功能。NCV7691利用开路、短路和热关断功能来实现安全操作。后来的NCV7692具有更短的响应时间,降低了开路负载检测的阈值。Lmmednc

针对新兴智能汽车照明应用,Melexis公司利用其MeLiBu(Melexis Light Bus)高速通信IP开发了RGB-LED驱动器,可实现汽车内部智能动态光影照明。通信接口使汽车制造商可利用车舱中的动态光影功能,例如驾驶辅助提示和车辆状态信息,来提高汽车安全性。灯条可用于安全警告、高级导航和盲点警告。Lmmednc

MLX81116是一款全集成式智能汽车LED驱动器,可提供多个LED驱动器之间的高速通信,实现了多颗LED灯的动态光影照明应用。它包含用于LED驱动和通信的所有必需组件,提供>250 RGB LED的无延迟实时更新。Lmmednc

Melexis表示,RGB LED灯条可以通过颜色编码、颜色改变和闪烁序列与驾驶员进行通信,但仍然存在挑战,例如让灯条中所有LED的颜色保持一致,并确保它们同步改变。Lmmednc

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图6:Melexis的MLX81116驱动器IC。(图片来源:Melexis)Lmmednc

Melexis新推出的MLX81116(图6)通过其高速通信接口IP解决了这些问题。MeLiBu在灯条中单独控制每一个LED来产生照明效果,同时对因环境变化引起的任何LED颜色漂移进行实时补偿。Lmmednc

MeLiBu通信接口基于CAN-FD物理层,可确保鲁棒性、可靠性和高速率(高达2Mbps)。该接口支持专用光学参数,可实现1%ΔUV的颜色混合精度,确保灯条中各个LED没有明显的差异。它无需额外的外部组件即可提供温度补偿。Lmmednc

MLX81116驱动器IC具有很宽的调光范围,可以针对白天和夜间驾驶进行亮度调节。Melexis表示,由于该驱动器使用了CAN-FD物理层,因此更容易符合EMC法规,可满足汽车ISO 26262的功能安全要求,最高达到安全完整性等级B(ASIL B),并具有低EMI辐射和高抗扰性。Lmmednc

ISSI子公司Lumissil Microsystems的IS3xFL3265x系列LED驱动器(图7)也专门用于汽车动态光影照明,其高压LED通道可减少电磁兼容性(EMC)问题。Lmmednc

这些LED驱动器专为严苛及高标准的应用环境而设计,集成了寄存器,可通过故障检测和报告来调整热保护级别,并可在–40℃至125℃的宽温度范围内工作,适合需要利用高压LED输出来支持每个通道堆叠多颗LED的汽车和工业应用。Lmmednc

Lumissil表示,这些驱动器支持18个高压LED输出,无论是进行RGB彩色照明还是白色照明,均可单独对其进行配置以实现最佳光输出。利用高压输出,设计工程师可将多个LED堆叠在同一通道,以便在给定LED电流下提高光输出。Lmmednc

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图7:Lumissil的IS3xFL3265x系列LED驱动器。(图片来源:Lumissil Microsystems)Lmmednc

这些LED驱动器采用灵活的总线架构和内置EMI抑制技术,用于汽车内部和外部LED照明。选择相应的部件号(I2C总线为IS32FL3265A,SPI总线为IS32FL3265B),可以支持I2C或SPI总线协议。两种总线接口都支持高压输出、单通道(区域)照明控制、EMI抑制、故障保护功能,并符合AEC-Q100标准。Lmmednc

对于内部环境照明,可以将18个高压通道配置为6个RGB区域或18个高亮度照明区域。对于外部应用,可以将18个可单独控制的LED通道进行配置,以产生“迎宾灯”或动态尾灯的照明效果。Lmmednc

Rohm Semiconductor的BD18336NUF-M超小型高输出线性LED驱动器专门用于汽车中的各种插口式LED灯,包括日行灯和尾灯,即使在单个芯片上电池电压下降的情况下也能提供稳定的照明。它还有助于减小最新的插口式LED灯的尺寸。Lmmednc

这种插口式LED灯像LED灯泡一样方便更换,易于维护,引起了广泛的关注。但是由于插口尺寸很难减小,影响了设计的灵活性。Lmmednc

BD18336NUF-M利用电流旁路功能防止LED熄灭,并通过切换LED电流路径始终保持至少30%的亮度,即使在电池电压从13V降至9V时也是如此。Rohm称这是首款集成电流旁路功能的单芯片,可在电池电压下降时实现稳定照明。Lmmednc

此外,BD18336NUF-M在3.0mm2超小型封装中实现了600mA的高输出,与传统解决方案(包括外部电路)相比,安装面积减少了约30%,因而可安装在小型插口式LED灯的10mm2衬底上。由于采用了内置的电流旁路,所用外部器件比传统设计减少了七个,从而缩小了安装面积。Lmmednc

BD18336NUF-M还具有抑制LED发热的功能,支持容易发热的白光LED,使其可用于日行灯和其他使用白光LED的车辆照明系统中。Lmmednc

(本文授权编译自EDN姐妹网站Electronic Products,原文参考链接:Top 10 LEDs and drivers for automotive,由Jenny Liao编译)Lmmednc

本文为《电子技术设计》2021年2月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里Lmmednc

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