為汽車照明量身打造電源管理和LED技術

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 LEDA3A-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。

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)

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