|
作者：Jason Bai，ADI應用工程師 摘要 LED矩陣管理器為原始設備制造商(OEM)提供先進(jìn)的前照燈系統，以增強安全性并塑造品牌差異性。該系統提供無(wú)縫集成、高性能和安全特性，并有效降低了電磁干擾(EMI)，其中還內置了對數淡入/淡出功能，并具有低RDS(ON)和擺率控制，確保系統以出色狀態(tài)運行。本文討論如何使用LED矩陣管理器來(lái)提升汽車(chē)前照燈系統設計的智能化。 簡(jiǎn)介 得益于人們對安全性以及專(zhuān)業(yè)品牌形象的追求，智能前照燈系統的普及率不斷提高。此類(lèi)系統的年增長(cháng)率為8.3%1，其無(wú)眩光遠光燈、LED和矩陣照明等特性共同構成了自適應駕駛光束(ADB)系統。ADB系統消除了對向駕駛員瞬間致盲的風(fēng)險。為了進(jìn)一步提高駕駛員的安全性和舒適度，汽車(chē)OEM紛紛額外引入轉向燈和動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)燈等自適應照明功能(AFS)。 LED矩陣管理器可以高效管理矩陣和像素照明的電流，發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。該器件通常使用6到12個(gè)集成開(kāi)關(guān)控制LED電壓（高達65 V），從而簡(jiǎn)化設計并節省時(shí)間。其集成的MOSFET額定電壓在5 V至14 V之間，具有低導通電阻RDS(ON)，能夠處理高達2 A的LED電流。 此外，LED矩陣管理器提供性能出色的優(yōu)化脈沖寬度調制(PWM)調光設置。這包括PWM調光狀態(tài)之間的平滑過(guò)渡，以及用于PWM調光的內部或外部時(shí)鐘控制選項。 LED矩陣管理器調光性能的快速進(jìn)步，大大提升了安全性，改善了駕駛體驗，并增強了品牌辨識度。 LED前照燈的優(yōu)點(diǎn) 目前，汽車(chē)的前照燈主要采用鹵素燈、氙燈或LED燈。氙燈一度在高端車(chē)輛中很常見(jiàn)，但現在LED燈越來(lái)越受歡迎，并有望迅速成為較普遍的選擇。 表1總結了這些燈的區別。LED燈比鹵素燈亮，但不如氙燈亮。氙燈在夜晚可能過(guò)于刺眼。通常，鹵素燈僅使用20%的功率來(lái)發(fā)光，而LED燈可使用80%的功率2。盡管LED燈的初始成本較高，但其使用壽命較長(cháng)、能源效率較高，從長(cháng)遠來(lái)看可以節省成本。另外，LED燈更小，為汽車(chē)制造商設計前照燈提供了更大的靈活性。 表1.鹵素燈、氙燈和LED燈對比
LED外部前照燈系統概述 如圖1所示，前照燈系統包括微控制器、電壓源、電流源和LED燈。微控制器，也是LED模塊(LM)，位于燈的外部，一般被稱(chēng)為L(cháng)ED控制模塊(LCM)。LCM通常采用CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信并監控LM的狀態(tài)，比如動(dòng)畫(huà)效果和亮度等。在LCM內部，LED驅動(dòng)器通常采用降壓-升壓拓撲結構，以便支持不同的LM配置，例如單個(gè)LM有6個(gè)或12個(gè)LED。在圖1中，LCM內的LED驅動(dòng)器同時(shí)包含電壓源和電流源。通常，電壓源將電池電壓調整到較高水平（由LED的數量決定），而電流源則向LM提供一致的電流并降低升高的電壓。 汽車(chē)外部前照明系統具有多種照明功能，包括近光燈(LB)、遠光燈(HB)、日間行車(chē)燈(DRL)、前位燈(PL)和轉向指示燈。根據具體的照明功能，LM設置了不同數量和顏色的LED。這意味著(zhù)LCM必須提供適當的電流源來(lái)調節亮度。為了節省成本，制造商可能會(huì )將兩個(gè)或更多照明功能集成到單個(gè)LM中，例如將日間行車(chē)燈和前位燈組合在一起。 LED矩陣管理器（如MAX25608）用于控制各個(gè)LED，實(shí)現不同的調光場(chǎng)景，例如迎賓和轉向指示等。LED矩陣管理器由多個(gè)開(kāi)關(guān)組成，這些開(kāi)關(guān)可以獨立編程以繞過(guò)燈帶中每個(gè)開(kāi)關(guān)上的LED。每個(gè)開(kāi)關(guān)可以完全接通、完全斷開(kāi)，或使用/不使用漸變轉換模式進(jìn)行調光。調光頻率由內部振蕩器設置，或設置為外部時(shí)鐘源。 智能照明功能： ADB ADB系統是一種智能HB控制系統，可以根據駕駛情況自適應地調整光束模式。高亮度的遠光燈可能會(huì )分散駕駛員和行人的注意力。ADB系統的自適應能力可以自動(dòng)關(guān)閉明亮的燈光或部分光束，避免使駕駛員和行人感到炫目。根據不同的前照燈分辨率要求，ADB系統的LM可由四個(gè)或更多LED矩陣管理器組成，以控制四個(gè)或更多LED區域。使用LED矩陣管理器可以輕松實(shí)現ADB系統，并且ADB系統中的LED可以單獨調光。 LED矩陣管理器的故障檢測與保護 檢測LED是否開(kāi)路或短路對于安全至關(guān)重要。具有安全功能的系統可減輕潛在故障的影響。檢查前照燈系統中的LED是否開(kāi)路或短路，有助于發(fā)現任何可能發(fā)生的問(wèn)題。LED矩陣管理器內置了短路和開(kāi)路保護功能。MAX25608可跟蹤任何與開(kāi)路或短路相關(guān)的故障。當個(gè)別LED開(kāi)關(guān)漏極節點(diǎn)（圖2）和開(kāi)關(guān)源極節點(diǎn)之間的電壓超過(guò)開(kāi)路閾值時(shí)，就會(huì )觸發(fā)LED開(kāi)路故障，狀態(tài)寄存器會(huì )報告此故障。如圖3所示，開(kāi)路閾值設置為4.66 V，而開(kāi)關(guān)上的電壓為4.88 V，進(jìn)而觸發(fā)了LED開(kāi)路故障。當開(kāi)關(guān)漏極節點(diǎn)和開(kāi)關(guān)源極節點(diǎn)之間的電壓低于開(kāi)關(guān)開(kāi)路情況的短路閾值時(shí)，會(huì )觸發(fā)LED短路故障，狀態(tài)寄存器也會(huì )報告此故障。圖4提供了一個(gè)示例，短路閾值設置為1.4 V，而開(kāi)關(guān)上的電壓為2.4 V，進(jìn)而觸發(fā)了LED短路故障。 
圖1.LED前照燈系統
圖2.LED故障檢測
圖3.MAX25608 LED開(kāi)路檢測（通道2：漏極電壓；通道3：FLTB；通道4：LED電流）
圖4.MAX25608 LED短路檢測（通道2：漏極電壓；通道3：FLTB；通道4：LED電流） 安全UART通信協(xié)議 ADI公司的MAX25608可在微控制器和多達16個(gè)MAX25608器件之間提供多點(diǎn)通用異步接收器-變送器(UART)通信。寫(xiě)入和讀取命令示例如圖5和圖6所示。為了確保數據安全，使用數據包上的3位循環(huán)冗余校驗(CRC)來(lái)保護讀/寫(xiě)事務(wù)。如果微控制器發(fā)送的數據包的CRC不正確，則MAX25608不應答并放棄此次通信。 如果發(fā)生通信丟失，MAX25608的UART看門(mén)狗特性會(huì )將開(kāi)關(guān)設置為預配置狀態(tài)。當微控制器通信線(xiàn)路處于非活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間超過(guò)設定的時(shí)間時(shí)，故障指示燈亮起；如果啟用了UART看門(mén)狗，則LED進(jìn)入預配置狀態(tài)。如圖7所示，UART看門(mén)狗定時(shí)器設置為500 ms。當UART接收器信號處于非活動(dòng)狀態(tài)480 ms后，LED將關(guān)閉，因為預配置狀態(tài)為關(guān)閉。
圖5.寫(xiě)入命令的示例
圖6.讀取命令的示例 我們可以輕松評估熱性能和EMI性能等性能指標。如圖8所示，矩陣管理器由MAX25601升壓-降壓LED驅動(dòng)器驅動(dòng)，矩陣管理器上的所有開(kāi)關(guān)均閉合，為12個(gè)LED提供1.5 A輸出。在室溫環(huán)境下僅捕獲到30.4°C的溫升。
圖7.MAX25608 UART看門(mén)狗功能（通道1：UART接收器；通道2：漏極電壓；通道3：FLTB；通道4：LED電流） LED矩陣管理器的性能 ADI的MAX25608提供出色的集成度、高性能和安全性、靈活性以及EMI抑制功能，例如： ► 高集成度：提供內置對數淡入/淡出功能，簡(jiǎn)化LED編程并降低系統總線(xiàn)負擔。 ► 高性能和安全性：具有先進(jìn)的故障保護和管理功能，可檢測LED開(kāi)路、短路和走線(xiàn)開(kāi)路。RDS(ON)低，安全地提供高LED電流。 ► 靈活性：支持多個(gè)IC來(lái)管理大量LED像素；設計人員可以配置LED燈組，例如1串×12串聯(lián)開(kāi)關(guān)和2串×6串聯(lián)開(kāi)關(guān)。 ► EMI抑制：擺率控制可降低EMI和噪聲。
圖8.1.5 A條件下熱像儀捕獲的MAX25608熱圖像 在1 A輸出至12個(gè)LED的相同測試環(huán)境下，由于MAX25608的專(zhuān)有電荷泵設計，EMI結果未顯示出尖峰，如圖9所示。 MAX25608由MAX25600 H橋LED驅動(dòng)器 驅動(dòng)，每個(gè)通道有兩個(gè)LED。我們?yōu)镸AX25600增加了一個(gè)4.7 μF輸出電容和一個(gè)濾波器(1 μH + 0.1 μF)。調光時(shí)的電流尖峰測量如圖10所示。
圖9.MAX25608的傳導EMI
圖10.調光期間電流尖峰 結論 隨著(zhù)汽車(chē)電氣化和智能化趨勢的快速發(fā)展，照明系統已成為現在和未來(lái)汽車(chē)設計中越來(lái)越重要的功能。照明系統必須靈活、高效、可靠，而且能創(chuàng )造出更具個(gè)性化和藝術(shù)化的燈光效果。ADB和AFS被視為高級安全特性。在這些設計中，需要一個(gè)準確、高效、可靠的LED管理器來(lái)管理LED矩陣。 參考文獻 1 Sejal Akre，“汽車(chē)智能照明系統市場(chǎng)研究報告，信息按技術(shù)（氙燈、LED燈、鹵素燈）、照明類(lèi)型（智能氛圍照明、自適應前大燈）、車(chē)輛類(lèi)型（乘用車(chē)、商用車(chē)）和地區（亞太、北美、歐洲和世界其他地區）劃分——至2032年的市場(chǎng)預測”，Market Research Future，2024年3月。 2 “LED與鹵素燈泡”，DISPLAYS2GO，2023年8月。 關(guān)于作者 Jason Bai是ADI公司的應用工程師，負責汽車(chē)電源產(chǎn)品的支持和應用。Jason于2020年加入Maxim Integrated（現為ADI公司的一部分），擁有美國邁阿密大學(xué)（俄亥俄州）電氣工程碩士學(xué)位。 |
