汽車照明采用LED越來(lái)越酷炫，做好陣列管理很關(guān)鍵

如果你計(jì)劃選購(gòu)一輛汽車，最關(guān)注的是什么指標(biāo)？估計(jì) 100%的人會(huì)說(shuō)安全和價(jià)格。那么，在保證安全和價(jià)位合理的前提下，你還會(huì)關(guān)注哪些指標(biāo)？估計(jì)這時(shí)候就是哪輛好看選哪輛了，因此現(xiàn)在的汽車設(shè)計(jì)也越來(lái)越追求時(shí)尚感。LED 照明可以給汽車帶來(lái)更直觀的酷炫體驗(yàn)，而且節(jié)能效果更好，所以應(yīng)用越來(lái)越廣泛，包括汽車前燈、汽車尾燈、車窗照明、功能照明、高級(jí)照明等。Strategy Analytics 的統(tǒng)計(jì)顯示，安全性與品牌效應(yīng)是提升 LED 在汽車前車燈平臺(tái)接受度的兩個(gè)主要因素，目前該方案的年增長(zhǎng)率為 30%。

圖 1 LED 照明在汽車中的應(yīng)用

然而，LED 照明設(shè)計(jì)者也面臨著諸多挑戰(zhàn)，比如：空間、成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度要求大大提升，需要降低整體 BOM 成本；高功率應(yīng)用要求效率越來(lái)越高，需要配備高效器件；設(shè)計(jì)需要具有靈活性，需要充分利用平臺(tái)設(shè)計(jì)解決重用性問(wèn)題；盡可能抑制 EMI 確保系統(tǒng)安全。針對(duì)這些問(wèn)題，Maxim 公司推出了全新的解決方案，其汽車產(chǎn)品事業(yè)部業(yè)務(wù)管理總監(jiān) Tamer Kira 介紹，“我們的芯片集成度越來(lái)越高，可以幫助用戶降低 BOM 成本；同步整流的高效器件可以幫助用戶降低功耗；多拓?fù)淦骷哂幸子眯?，可以提高設(shè)計(jì)的靈活性；集成擴(kuò)頻功能，降低瞬態(tài)噪聲，從而抑制 EMI?！?/p>

由于一輛汽車中需要配備多組 LED 照明產(chǎn)品，因此 OEM 廠商正在為 LED 和矩陣照明設(shè)計(jì)引入高級(jí)安全管理。Maxim 公司的 MAX20092 就是一款 12 通道開(kāi)關(guān)矩陣管理器，Tamer Kira 表示，“該器件使得高性能 LED 陣列車燈和自適應(yīng)光束調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)能夠滿足更高電流的設(shè)備需求，同時(shí)降低方案尺寸、提高靈活性。矩陣開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻為業(yè)界最低，該 IC 可最大程度減少 LED 陣列照明的發(fā)熱，相比最接近的競(jìng)爭(zhēng)方案降低 65%?！?/p>

圖 2 基于 MAX20096 和 MAX20092 的 LED 照明應(yīng)用

高度集成，單芯片升壓降壓實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換
將多種功能集成是未來(lái)芯片設(shè)計(jì)的一大趨勢(shì)，集成化的優(yōu)勢(shì)在于單顆芯片就可以完成多種功能，工程師不需要附加其它電路，從而降低 BOM 成本。在汽車系統(tǒng)中必須要有升降壓功能，傳統(tǒng)方式是由升壓芯片和降壓芯片分別完成，而 Maxim 將這兩種拓?fù)浼稍谝活w芯片上。

當(dāng)然這種集成方案有些公司也可以實(shí)現(xiàn)，所不同的是，他們的方案在升壓和降壓之間轉(zhuǎn)換時(shí)候需要經(jīng)過(guò)一個(gè)中間狀態(tài)，會(huì)引起較大的電壓跌落，而 Maxim 的方案可以在升壓和降壓之間進(jìn)行無(wú)縫切換，因此輸出電壓更為穩(wěn)定。Tamer Kira 以 MAX20092 為例解釋，“當(dāng) LED 數(shù)量比較多時(shí)，需要的電壓比較高，可以采用升壓方案，當(dāng)電壓很低時(shí)可以采用降壓方案，MAX20092 可以支持 1-4 串 LED，可以用 Buck/Bootst 升降壓滿足不同的 LED 數(shù)量配置，靈活性更大，滿足可重用的需求。”

窄頻率快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)更低 EMI
汽車在行駛過(guò)程中，車燈能否準(zhǔn)確實(shí)時(shí)發(fā)出信號(hào)關(guān)乎車主安全，因此實(shí)時(shí)監(jiān)控車燈故障是確保行駛安全的重要環(huán)節(jié)。MAX20092 可以廣泛應(yīng)用于車頭燈、轉(zhuǎn)向燈等矩陣 LED 照明管理模塊，如圖 2 所示，汽車的電池電壓 12V 伏，通過(guò) MAX16990/2 升到 60V，然后通過(guò) MAX20096 降壓，給 LED 矩陣提供合適的電壓。MAX20092 具有先進(jìn)的故障保護(hù)功能以及開(kāi)路、短路及斷線 LED 檢測(cè)管理，從而確保行車安全。

如果想進(jìn)行多個(gè) LED 燈管理，以前需要 MCU 通過(guò) SPI 總線逐個(gè)控制，如果切換頻繁會(huì)加大總線壓力，而 MAX20092 內(nèi)部集成了 12 路開(kāi)關(guān)矩陣，可以通過(guò) 12 路開(kāi)關(guān)分別控制開(kāi)關(guān)上連接的 LED，而且每一個(gè)開(kāi)關(guān)都可以單獨(dú)控制。Tamer Kira 介紹單獨(dú)管理的優(yōu)勢(shì)在于，“當(dāng)系統(tǒng)從點(diǎn)亮 1 個(gè) LED 燈切換到點(diǎn)亮 12 個(gè) LED 燈時(shí)，可以通過(guò) MAX20092 控制。如果點(diǎn)亮一個(gè) LED 燈需要 4V 電壓，點(diǎn)亮 12 個(gè) LED 需要升高到 48V 電壓，MAX20096 的新控制架構(gòu)可以快速響應(yīng)，這樣的快速響應(yīng)開(kāi)關(guān)頻率變化非常窄，同類的產(chǎn)品從 4V 到 48V 轉(zhuǎn)壓輸出的開(kāi)關(guān)頻率變化范圍很大，很難做到濾波，因此 EMI 非常大，我們既需要快速響應(yīng)，還需要在這個(gè)響應(yīng)時(shí)間內(nèi)保證開(kāi)關(guān)頻率變化范圍非常窄，從而做到更低的 EMI 干擾，MAX20096 的擺率控制可降低 EMI 及噪音。另外，MAX20092 還采用了低至 70 毫歐 的 RDS_ON 支持高達(dá) 1.5A 的 LED 電流驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)低功耗、高效率。 ”

多個(gè)器件并聯(lián)工作，實(shí)現(xiàn)大型像素陣列控制
一個(gè) MAX20092 可以控制 12 個(gè) LED 燈，如果需要多組是否可以并聯(lián)多個(gè) MAX20092？ Tamer Kira 分析，“MAX20092 可并行連接多達(dá) 27 個(gè) MAX20092 器件，無(wú)需菊鏈，管理多達(dá) 324 個(gè) LED 的大型像素陣列；允許設(shè)計(jì)者為每個(gè) IC 配置 1(串)x 12 只串聯(lián)開(kāi)關(guān)、2(串)x 6 只串聯(lián)開(kāi)關(guān)，以及 4(串)x 3 只串聯(lián)開(kāi)關(guān)，可以看到，在同一 SPI 總線上可以實(shí)現(xiàn)多組 LED 控制，OME 廠商可以靈活地增加或者減少模塊的數(shù)量，從而滿足不同汽車廠商的差異化需求。”

此外，Maxim 同時(shí)推出 MAX20096 和 MAX20097 雙通道、同步 buck 高亮度 LED 控制器，與 MAX20092 協(xié)同工作，幫助設(shè)計(jì)者改進(jìn) LED 照明的瞬態(tài)響應(yīng)。MAX20096 和 MAX20097 可實(shí)現(xiàn)超快瞬態(tài)響應(yīng)，具有與 Maxim 獨(dú)有的平均電流模式控制實(shí)現(xiàn)接近固定的頻率，使 EMI 降至最低，并支持可靠的高性能設(shè)計(jì)。

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