為汽車照明量身打造電源管理和LED技術
2021-01-12
作者
Maurizio Di Paolo Emilio，EE Times Europe編輯暨EEWeb主編
固態照明(SSL)是汽車領域的一項推動技術，不但提供了一些新功能、更高的安全性、設計靈活度、更易與控制系統和電子元件整合，而且在照明設計方面擁有更大的自由度，讓每一家汽車製造商都能展現自家風格和理念...
固態照明(Solid-State Lighting；SSL)是汽車領域的一項推動技術，不但提供了一些新功能、更高的安全性、設計靈活度、更易與控制系統和電子元件整合，而且在照明設計方面擁有更大的自由度，讓每一家汽車製造商都能展現自家風格和理念。
車輛電子控制系統具有許多功能：一些與擋風玻璃雨刷系統有關，另一些則涉及空調系統。電源管理系統不僅要驅動照明，還要支援資訊娛樂設備以提供舒適和安全的駕駛體驗。
透過開發新的功能和電子控制系統，LED技術正不斷更新中。現代設計不僅涉及光源，還包括光源本身的形狀、投影和影像。
LED技術成功的主要原因在於較低的色溫(通常為5,000K)，這可以讓汽車外觀具備更強的科技感和金屬質感。其應用體現在多個方面，可以產生輕薄而均勻的光導，從而進一步為汽車增加美感和個性化特性。此外，由於LED具有更高的光照強度和安全性，還可以提供很好的投影深度。
電源管理
LED在汽車領域得到廣泛應用的關鍵因素在於它對振動不敏感、使用壽命長、高能效，以及對光源的完全可控性。LED的易控制性自然而然地也使其成為智慧照明系統的理想選擇，以適應車輛和周圍環境。但是，為了正確驅動LED並實現高效的光輸出，需要獨立於電源電壓的電流控制。
因此，用於驅動LED的更好解決方案是使用電流控制電路。LED通常需要恒定電流才能產生一致的光輸出：LED驅動器必須能夠改變輸出電壓，以保持恒定電流。輸出電壓取決於許多參數，例如LED的製造製程、模具溫度和串聯的LED數量。
汽車產業使用的所有開關穩壓器和LED顯示驅動器均符合AEC-Q100要求。MAX20090是一款單通道高亮度LED驅動器，適於汽車前燈應用，例如遠光、近光、日間行車燈、方向指示燈、霧燈和其它LED燈。LMR23610ADDA是一款採用8接腳PowerPAD封裝的Simple Switcher同步降壓轉換器。這種36V、1A同步降壓穩壓器適於各種應用，具有4.5V至36V的寬輸入電壓範圍，並使用峰值電流來控制電路。NCP3065是一款單片式開關穩壓器，旨在提供恒定電流來為高亮度LED供電。該元件具有高達40V的輸入電壓，可在12VAC或12VDC的電壓下工作。
MAX20090的方塊圖。
LED解決方案
汽車前照燈是一種高科技照明裝置，在設計和安全性方面起著非常重要的作用。LED技術提供了全新的解決方案，其使用壽命等於車輛的使用壽命，而且其能耗僅為其它方案的五分之一，從而降低了燃油消耗和二氧化碳排放量。
近年來，車內環境照明的概念變得流行起來，例如，橙色等單色可以使車輛內部和外部亮度協調一致，從而減少了夜間駕駛的疲勞。
RGB靜態照明始於2010年，它能為乘客帶來愉悅的氛圍。在此之後，市場對於不同場景下動態照明效果的需求逐漸升高，例如人們進入車內時的迎賓燈，以及緊急情況下(碰撞前和盲點警告)的駕駛人警告燈。
RGB環境照明既複雜又昂貴，它需要在校準、製造和測試設備上進行大量投資。設計人員始終面臨著各種不同RGB LED混色渲染的難題。這種現象主要有兩種因素引起：顏色和亮度範圍內的強度和波長變化，以及對正向電流和溫度的依賴。
基於此，DOMINANT推出一款名為seddLED (智慧嵌入式數位驅動器LED)的新系列產品，這是一種將RGB LED、LED驅動器和先進通訊連結整合在單一封裝中的數位LED。
seddLED (智慧嵌入式數位驅動器LED)。
「從概念車的設計，我們將會看到，汽車座墊照明、車頂照明、全環境照明和擴增實境(AR)抬頭顯示器(HUD)將成為汽車的未來發展趨勢。」DOMINANT市場總監YY Lim說：「車身照明、汽車之間或汽車對行人的通訊顯示，以及號誌投影照明將很快出現。當自動駕駛車輛越來越受歡迎時，這些新趨勢將很快實現。」
seddLED3.0可以透過軟體控制RGB顏色和亮度，並且已預先校準為D65白點，在1,400 mcd的精度約為三個SDCM步進。此外，它還提供2Mbit/s的半雙工差分控制匯流排，以及52.5µs的刷新率(每100個LED 5.25ms)。其內置的溫度感測器能夠即時、自動地執行溫度補償，並具有自我診斷功能。
該封裝還採用金質導線架，具有出色的抗腐蝕性，並通過了汽車AEC-Q100和AEC-Q102標準認證。seddLED3.0具有更大的設計自由度，可在乘客座艙內營造出不同的氛圍。
標準RGB LED和A3A-FKG-RGB-1之間的顏色範圍比較。A3A-FKG-RGB-1具有預先校準的真綠色和藍色，以及良好且穩定的色域。
在市面上，日亞化學(Nichia)和英飛凌(Infineon)已經為高解析(HD)照明設備提供一款針對前照明應用的設計方案，帶有超過16,000個微型LED。相較於現有的HD解決方案，這款新元件可為駕駛人的整個視野提供高解析度的光線。
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日間行車燈要算是LED技術在汽車領域中最普遍的應用了。由於光源尺寸小和高亮度的多功能性，讓LED系統可以將新的光學設計輕鬆整合至汽車前照燈。
歐司朗(OSRAM)也持續專注於汽車領域，為汽車內部和外部照明提供LEDriving燈，帶來完整的投影和訊號解決方案。對於投影燈，可以使用HL系列(近光和遠光)和FL系列(霧燈)來匹配訊號燈(SL)的完整範圍。用於近光和遠光的LEDriving HL可以替代H4、H7、H11和HB4鹵素燈。
使用近攝多晶片LED光源和全反射技術，可以實現精確的光暗區分(光和陰影之間的清晰分界)，顯著減少漫射光，這都有利於改善照明深度和減少眩光。
前照燈LED技術中最先進的解決方案基於Matrix LED系統，即動態LED陣列，能夠提供自動調整的深度光，以防止來自對向車輛產生的眩光。
*本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2021年1月號
(參考原文：The Technology for Automotive Lighting)
