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汽车LED有哪些分类?有什么主要特征?

85 LED 线性稳压器 LED驱动器
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汽车LED主要应用于哪些领域?
汽车LED有哪些分类?有什么主要特征?

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2021-5-25 06:39:32   评论 分享淘帖 邀请回答
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  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。
2021-5-25 14:54:57 评论

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