下一代汽車外部照明LED驅(qū)動器技術(shù)演變

　　在電動汽車、ADAS和對現(xiàn)代風(fēng)格的渴望的推動下，汽車照明正在快速發(fā)展。汽車工業(yè)繼續(xù)向電氣化轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致汽車外部照明發(fā)生顯著變化。過去，大型單一功能燈控制著車輛的前部、后部或側(cè)面。然而，圍繞著汽車的更新、更薄的設(shè)計 取代了他們的位置。汽車制造商正在使用燈光作為標志性的造型特征，并加入動畫來象征品牌身份。這些新設(shè)計不僅美觀，而且實用。

　　動畫尾燈并不新鮮，因為它們首次出現(xiàn)在1960年的肌肉車，如1965年的雪佛蘭黑斑羚SS。它采用了一種獨特的尾燈設(shè)計，稱為“Impala Super Sport順序尾燈”，其中包括一種順序照明模式，可以激活轉(zhuǎn)向燈指示燈。從那時起，汽車led、MCU的進步以及電動汽車的興起增加了動畫尾燈的受歡迎程度。汽車設(shè)計師現(xiàn)在可以靈活地設(shè)計顯示信息或添加獨特的個性化簽名風(fēng)格的動畫燈。例如，一些汽車現(xiàn)在配備了LED照明，使其他司機或行人更容易預(yù)測汽車的運動或向車主提供“歡迎”照明序列。

　　雖然法律上不要求安裝動畫尾燈，但當(dāng)安裝在車輛上時，它們必須符合特定地區(qū)的照明安全標準。在美國，這些法規(guī)是根據(jù)聯(lián)邦機動車輛安全標準（FMVSS）第108號制定的。它概述了照明設(shè)備的技術(shù)規(guī)范，例如在美國公共道路上銷售的車輛上的燈的顏色、強度、定位和對準。在歐洲和亞洲部分地區(qū)，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會（UNECE）第48號法規(guī)中也有類似的標準。所有照明法規(guī)的目標是提高能見度，促進一致、可靠的信號，并提高公共道路上車輛的整體安全性。

　　盡管存在微小的地區(qū)差異，但共性是所有乘用車必須至少有兩個紅色尾燈對稱地位于其縱向中心線的兩側(cè)，在正常日光條件下從一定距離可見（例如，100米UN ECE R48）。FMVSS108和UN ECE R48最近都針對LED燈進行了更新，設(shè)置了最小發(fā)光強度、顏色和PWM衍生的閃爍率。所有這三個新要求都將對基于LED的動畫尾燈產(chǎn)生影響。

　　為了制造出既實用又美觀的LED燈，工程師和設(shè)計師面臨著控制大量LED像素點而不是幾個LED串的新挑戰(zhàn)。隨著汽車設(shè)計變得更加流線型和空氣動力學(xué)，燈的形狀和位置變得更加重要。車燈必須與汽車的整體設(shè)計完美契合，同時仍能提供足夠的可見度、安全性、可靠性、能效，并符合政府法規(guī)。

　　動畫車外燈通過向其他駕駛員提供額外信息，有助于提高道路安全。隨著這些燈變得越來越復(fù)雜，它們可以使用復(fù)雜的圖案和動畫來顯示更多的安全信息。這將需要從控制LED燈串或白熾燈泡塊轉(zhuǎn)移到驅(qū)動單個LED像素。為了實現(xiàn)這一點，需要大量的工程和設(shè)計創(chuàng)新。需要特殊的驅(qū)動器來形成一個矩陣或一簇獨立控制的led，橫跨汽車的整個后部。只有帶數(shù)字接口的LED驅(qū)動器才能控制動畫照明所需的大量LED。

　　圖1顯示了照明控制架構(gòu)從傳統(tǒng)到更新的動畫像素照明的演變。

圖一。汽車照明控制架構(gòu)

　　車輛的照明系統(tǒng)由包含電子設(shè)備和微控制器（MCU）的車身控制模塊（BCM）管理。BCM管理車身中的各種電氣和電子系統(tǒng)，包括照明、車窗、后視鏡、座椅和車門。

　　在過去，照明動畫不是一項要求，因此BCM可以使用MCU的通用輸入/輸出（GPIO）引腳輕松啟用FET或繼電器開關(guān)來控制LED燈串或白熾燈泡。今天，BCM的MCU需要控制具有不同LED排列和動畫模式的各種燈。隨著對動畫照明功能需求的不斷增加，BCM現(xiàn)在與照明專用電子控制模塊（ECU）相互作用，向控制單個LED組的多個LED驅(qū)動器發(fā)送命令。

　　動畫照明的設(shè)計挑戰(zhàn)

　　承擔(dān)動畫照明系統(tǒng)設(shè)計的汽車工程師面臨著一些艱巨的挑戰(zhàn)，如控制熱量、滿足功能安全目標和保持成本最小化。雖然led比白熾燈泡有許多優(yōu)勢，但要使它們符合汽車要求也存在挑戰(zhàn)。通過仔細選擇合適的LED類型及其驅(qū)動器，可以簡化與合規(guī)性、光學(xué)、外殼和電氣設(shè)計相關(guān)的挑戰(zhàn)。所選的LED驅(qū)動器應(yīng)具有微調(diào)單個LED亮度的能力，并在ECU和LED照明系統(tǒng)之間進行快速準確的通信。

　　示例分離RCL設(shè)計

　　多種多樣的后組合燈（RCL）設(shè)計賦予車輛與眾不同的獨特外觀。從白熾燈泡到LED尾燈的轉(zhuǎn)變開啟了廣泛的設(shè)計可能性，如動畫轉(zhuǎn)向燈、動畫歡迎照明等。實現(xiàn)分裂燈設(shè)計照明效果需要多個LED驅(qū)動器來控制具有不同流明/瓦特和從白色、琥珀色、紅色和超紅色的不同顏色的各種LED。這些照明部件可以分布在車輛上，并使用線束相互連接。

　　后組合燈如圖2所示；這是一種分體式設(shè)計，一半燈在車身上，另一半燈在行李箱上。實現(xiàn)無縫動畫效果需要通過嘈雜的線束進行通信，這會影響動畫的可靠性。為了解決這些問題，需要控制器局域網(wǎng)（CAN）總線來確保快速、可靠的通信。CAN總線將BCM連接到ECU，并將ECU連接到LED驅(qū)動器。

圖二。帶CAN總線的RCL

　　Lumissil Microsystems提供各種LED驅(qū)動器，旨在滿足動畫燈設(shè)計的需求，同時解決前面提到的挑戰(zhàn)。

　　Lumissil的IS32LT3138A LED驅(qū)動器旨在微控制器（MCU）控制板和驅(qū)動器之間建立可靠的板外通信（見圖3）。它提供與CANFD物理層兼容的高速1MHz UART接口。IS32LT3138A通過在線束的發(fā)射端和接收端分別使用工業(yè)標準UART至CAN物理層，實現(xiàn)可靠的長距離通信。每個驅(qū)動器都有18個高壓（16V）恒流通道，便于使用LED燈串。通過使用一個電阻，所有OUTx通道可以配置為吸收高達100mA的電流。

圖3。IS32LT3138A 18通道LED驅(qū)動器，帶UART至CAN接口

　　Lumissil在高亮度、矩陣和動畫類別中為汽車LED照明提供許多具有成本效益的獨特解決方案。用于汽車動畫的新型LED驅(qū)動器之一是IS32FL3749。它是一個矩陣LED驅(qū)動器，具有快速33MHz串行移位菊花鏈總線，可以互連多個IS32FL3749器件。每個驅(qū)動器有24個高壓（16V）恒流通道。這種高電壓能力便于用一串正向電壓最高可達16V的led來代替每個像素（圖4）。通過使用一個電阻，所有行通道都可以配置為吸收高達60mA的電流。該驅(qū)動器還包括四個列控制，允許它驅(qū)動24（行）× 4（列）LED陣列，陣列大小為96個LED。陣列中的每個LED還可以映射為紅色、綠色或藍色組，以實現(xiàn)RGB組控制，從而減少數(shù)據(jù)編程流量。

圖4。帶33MHz串行移位總線的IS32FL3749 24×4矩陣LED驅(qū)動器

　　故障診斷和功能安全

　　由于汽車尾燈的可靠性直接影響道路安全，LED驅(qū)動器IC需要監(jiān)控汽車的尾燈。即使是很小的燈故障也可能導(dǎo)致事故。幸運的是，led的預(yù)期壽命比汽車的使用壽命更長。然而，它們?nèi)匀蝗菀资艿诫S機故障的影響。IS32LT3138A和IS31FL3749都集成了LED故障檢測和報告功能，以滿足功能安全目標。故障事件記錄在寄存器中，MCU可通過總線接口訪問這些寄存器。

　　結(jié)論和總結(jié)

　　外部汽車照明服務(wù)于一個更大的目的，而不僅僅是確保最佳的車輛能見度。它已經(jīng)發(fā)展成為汽車尾燈創(chuàng)新設(shè)計背后的主要驅(qū)動力。使用動畫LED的新一代照明設(shè)計已經(jīng)出現(xiàn)，并取代了傳統(tǒng)的白熾燈泡和LED燈串。如今的汽車需要創(chuàng)新的照明技術(shù)，既能滿足功能需求，又能體現(xiàn)品牌形象。這種下一級的汽車照明效果只能通過獨立控制大量的發(fā)光二極管來實現(xiàn)。

　　IS32LT3138A和IS32FL3749等先進的LED驅(qū)動器使照明設(shè)計師能夠管理和顯示汽車照明效果，同時增強安全性并豐富整體用戶體驗。Lumissil Microsystems提供其他專注于動畫的LED驅(qū)動器，如獨立順序照明驅(qū)動器IS32LT3146和48通道串行移位驅(qū)動器IS32FL3248。這些和其他LED驅(qū)動器在實現(xiàn)當(dāng)代照明技術(shù)的同時提高每個人的交通安全方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

　　審核編輯：黃飛