汽車LED照明驅動設計的挑戰和解決之道

LCM從車身控制模塊接收功率和控制信號。其中往往包括用于提供動力的電池和地電源。有些架構含有來自車身控制模塊的一條控制線路，通過其中的控制信號來改變LED串的功能。例如，當用同一LED串來充當日間行駛燈和停車燈時，就需要控制信號來選擇所需功能。更先進的架構采用CAN網絡來控制照明，因而采用一條CAN總線電纜來確定具體功能。

為了對來自LED模塊和車身控制器的這些控制信號進行處理，LCM有時會采用一個微控制器。該微控制器可以讀取這些控制信號，并對驅動器IC進行相應的配置。這有利于增加LCM的靈活性，使其可以驅動任意LED配置，從而提高驅動器控制板在不同汽車平臺中的重復利用價值。

驅動器電路本身的主要功能是為LED串提供受控電流。該電路可以采用不同的架構，比如線性調節器或開關調節器。然而，隨著功率水平的增加，效率變得越來越重要，因而通常采用開關調節器。這些轉換器可以采用升壓、降壓或降壓/升壓拓撲結構。每種拓撲結構都有其自身的優勢和不足，與輸出靈活性、效率和系統成本相關，具體應用取決于具體設計。

在確定采用哪種拓撲結構時，必須考慮以下事實：電池向LCM提供的電源電壓的變化范圍非常大，低至6V(現代起止發動機的冷啟動)，高達24V。就如多數汽車制造商堅持的那樣，在這些條件下，外部照明功能應能正常運行，因此，驅動器電路必須能在如此寬的輸入電壓范圍內向LED 串提供相應的輸出電壓/電流，以驅動LED。在這些要求下，經常采用降壓/升壓拓撲結構。

另外，隨著照明控制模塊向通用型不斷發展，降壓/升壓轉換器拓撲結構成了首要選擇，因為這種結構在輸出電壓方面具有最大的靈活性，不受輸入電壓影響，有效地彌補了不同拓撲結構在效率方面的微小差異。

如前所述，LCM為LED提供PWM電流。然而，為了避免該PWM電流使LED光發生肉眼可見的閃爍，一般采用200Hz以上的PWM頻率。 PWM占空比也可以發生變化，以根據所需功能(如日間行駛燈或停車燈)向LED串提供不同的平均電流。

可見，燈光控制模塊必須能將來自車身控制器的輸入功率轉換成頻率超過200Hz且具有相應占空比的PWM電流，以便向LED提供適當的平均電流，從而實現所需要的功能。

采用DC/DC開關調節器拓撲結構同樣需要確?？刂颇K不輻射且不受電磁干擾。因此，需要采用正確的電子器件設計和電路板布局，以避免這種干擾。

在圖1的示意圖中，LED與驅動器控制模塊相互獨立，二者由一個連接器相連。這種架構要求對LED進行保護，防止其電池或地引腳因連接器故障而意外短路，從而避免LED和驅動器電路遭到損壞。

除了短路條件以外，LCM還需具備檢測LED故障的能力。其中包括檢測LED的開路故障和短路故障。LED串中的單個LED發生開路故障時，檢測起來相對容易，但短路故障的檢測更具挑戰性。單個LED正向電壓的內在擴散性在較長LED串中積聚時，會變得非常明顯。這增加了檢測短路發生時間的難度。當LCM檢測到故障LED時，可能同時需要將診斷信號發回車身控制模塊，以便提醒駕駛員。

這就需要采用燈光控制模塊，以便提供所有上述功能，同時達到汽車工業標準的嚴格要求。這就意味著，該模塊和相關組件必須通過符合AEC-Q100 標準的汽車認證。汽車照明被認為是一種事關安全的重要功能，因此，其可靠性是重中之重。

LED驅動設計解決方案

從上述各項要求可以看出，挑戰在于如何設計一種解決方案，能在降低系統成本的同時提供所需的功能、靈活性、系統可靠性和集成度。

一種可能的解決方案是采用恩智浦半導體提供的ASL1010PTK驅動器IC。ASL1010PTK驅動器IC集成了汽車LED燈必需的核心功能，是一種緊湊型一體化解決方案，且無需增添額外部件。對于LED模塊設計而言，有利于降低成本、增強美感、提高可靠性。

此外，這一系統解決方案具有極高的靈活性，不受汽車平臺和LED配置的限制，而且無需重新設計PCB電路板。集成式設計免除了不同平臺的冗余功能以及對外置微控制器的需要，從而將系統成本控制在較低水平。

ASL1010PTK驅動器IC采用降壓/升壓拓撲結構，利用標準汽車電池電壓即可安全驅動多達20個LED燈;輸出電壓極其靈活，范圍為6V至 60V，支持目前市場上的各類LED，非常適合驅動汽車應用中的高亮度LED。

圖2中的示意圖展示了一種驅動器電路的典型基準電壓設計。

圖2：典型應用示意圖(采用面向汽車前部照明的ASL1010PTK)。

ASL1010PTK 驅動器IC基于ABCD9技術節點制成(這是恩智浦推動模擬混合信號集成的汽車技術平臺)。這樣，驅動器可以工作于6V至60V的電源電壓之中，從而達到起止條件以及ISO7637標準有關瞬變電壓的要求。

由于驅動器IC集成度很高，因此應用設計在只需極少的外部組件的同時，還能維持系統的靈活性。在圖2所示的應用示意圖中，通過少量組件就實現了溫度反饋功能，可控制LED的溫度和性能;故障檢測功能，可在LED出現故障時提供反饋;短路保護功能，使LED和驅動器IC免受電池和地引腳短路影響;靈活的電流選擇和PWM編程功能;可調LED內部PWM產生功能，允許同一LED燈同時用作日間行駛燈和停車燈。LED欠壓和過壓保護。

借助這款尺寸小、散熱性能良好的器件(HVSON14)，驅動器IC可為LED串提供最高1A的電流。由于采用了高精度的集成電流源，該驅動器 IC可以有效消除任何LED紋波電流，無需添加額外的外部組件。

本文小結

近年來，LED在汽車領域的應用呈大幅增長之勢，究其原因在于LED具有無與倫比的設計靈活性、更長的使用壽命和更低的功耗水平。LED本身的性能也得到了大幅提升，增加了其在汽車應用領域的可用性。

隨著LED應用的不斷增多，我們還需要一種更加高效、更加穩健、更具成本優勢的電子器件和驅動器IC，以便使LED的優勢在汽車應用中得到充分發揮。

基于一種通用型LED照明系統架構，我們探討了電子控制裝置需要的特性，其中包括LED散熱管理、驅動不同LED配置的靈活性以及具有成本優勢的系統設計等。