汽車照明系統(tǒng)設(shè)計的考慮因素

作者： Giusy Gambino Vincenzo Ferraro Filippo Scrimizzi STMicroelectronics

數(shù)字化車燈正在成為汽車生態(tài)系統(tǒng)中越來越重要的一個方面，具有提高視覺吸引力和交換信息的雙重功能，可以提高車燈的性能和行車安全性。

車燈功能正在發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，車企不斷地探索汽車數(shù)字化照明系統(tǒng)的新趨勢和新技術(shù)。

能夠為邊燈、剎車燈、尾燈、轉(zhuǎn)向燈等不同功能的車燈創(chuàng)造個性化的交互式燈光圖案是數(shù)字化照明的一大優(yōu)點，這不僅能夠增強汽車的視覺吸引力，還有助于提高車輛在路上的辨識度，讓道路上其他使用者更容易發(fā)現(xiàn)車輛。

除了美觀作用外，數(shù)字照明系統(tǒng)還通過多功能方法交換信息，例如，數(shù)字LED 和OLED面板可以向其他道路使用者發(fā)送車況和路況的預(yù)警信息，這將大大提高汽車的行駛安全性，有助于預(yù)防交通事故。

智能駕駛

智能駕駛系統(tǒng)在車載數(shù)字照明監(jiān)控方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這些復雜先進的智駕系統(tǒng)配備一套先進的功能，確保照明系統(tǒng)具有詳細的診斷、精確的燈光調(diào)節(jié)和全面的安全保護功能，顯著提高車輛照明的質(zhì)量，改善駕駛體驗。

在汽車照明系統(tǒng)設(shè)計中，選對驅(qū)動器是一個重要的產(chǎn)品選型決策，特別是，恒流驅(qū)動器和恒壓驅(qū)動器之間的選擇尤為重要。

LED車燈開發(fā)者通常優(yōu)選恒流驅(qū)動器，因為恒流驅(qū)動解決方案能夠讓車燈亮度均勻，不閃爍，而恒壓驅(qū)動器難以控制電流波動，無法精確控制電流，導致LED車燈使用壽命縮短。此外，恒壓系統(tǒng)通常需要增加整流元器件，增加器件將會降低系統(tǒng)能效。相比之下，恒流驅(qū)動器是一個自給自足的解決方案，不再需要額外增加任何器件，有助于提高LED照明系統(tǒng)的能效。恒流驅(qū)動器雖然初始成本較高，但長期積累的能效證明這一初始投資是物超所值。

OLED顯示技術(shù)顯然需要恒流驅(qū)動器。OLED采用直流電源才能發(fā)揮更高的性能，而且對電流方向非常敏感?？紤]到潛在的電流變化，恒壓驅(qū)動解決方案可能會影響OLED面板的性能和壽命。OLED面板的電壓-亮度響應(yīng)曲線陡峭，而電流-亮度響應(yīng)曲線相對平坦，這意味著它們的光輸出與工作電流成正比。因此，電流的任何波動都會導致亮度明顯變化。

因此，我們推薦使用OLED專用驅(qū)動器，因為這些產(chǎn)品是專門設(shè)計的，電流控制精確度更高，輸出電流紋波很小，提供瞬態(tài)過沖保護，精確的PWM調(diào)光可以實現(xiàn)亮度動態(tài)控制，具有診斷通信和短路保護功能。

意法半導體的L99LDLH32可以給車企帶來很多好處，這個尺寸緊湊的芯片采用7mm x 7mm四方扁平48引腳（QFN）無鉛封裝，尺寸雖小，但智能強大。它是為管理車規(guī)OLED面板和LED車燈專門設(shè)計，符合ISO 26262的汽車安全完整性等級（ASIL B）的嚴格要求，確保汽車照明系統(tǒng)達到高標準的安全要求。

L99LDLH32是一款有32個穩(wěn)流源的高邊配置線性穩(wěn)流器，如圖1所示。

▲圖1：智能照明驅(qū)動器框圖

L99LDLH32的每個輸出通道都有單獨的電流源，能夠?qū)㈦娏鲝? mA調(diào)整到15 mA。這種電流調(diào)節(jié)功能是通過每個通道專用的8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）實現(xiàn)的。電流設(shè)置參數(shù)保存在芯片的非易失性存儲器內(nèi)，這樣設(shè)計有利于動態(tài)重新配置電流輸出，以滿足實時電流需求。此外，L99LDLH32能夠在內(nèi)存中保存單個燈串的設(shè)置，從而實現(xiàn)一致且可重復的光輸出，這對于整個車輛照明系統(tǒng)保持均勻亮度至關(guān)重要。亮度均勻一致不僅是出于美觀的目的，對于需要精確控制亮度的安全相關(guān)功能也很重要。

獨立電流設(shè)置功能使L99LDLH32驅(qū)動器能夠單獨控制LED燈和OLED面板的每個像素，精確校準面板上各個區(qū)域的亮度，根據(jù)具體需求定制燈光圖案和光影效果。這種精細控制提供了卓越的調(diào)節(jié)精確度和自適應(yīng)性，這對于復雜的照明設(shè)計至關(guān)重要，對動態(tài)顯示應(yīng)用特別有用。

對于需要微調(diào)亮度的動態(tài)顯示屏（包括具有3D動畫的顯示面板），L99LDLH32非常有用。該芯片的亮度調(diào)節(jié)非常靈活，是想要開發(fā)先進的響應(yīng)靈敏的照明系統(tǒng)的車企的理想選擇。這些照明系統(tǒng)不僅讓汽車更加吸引人的目光，還有助于提供更安全、更具吸引力的駕駛體驗。

總之，L99LDLH32為汽車行業(yè)開發(fā)復雜的定制化照明系統(tǒng)提供了一個多用途的功能強大的解決方案，能夠輕松處理復雜的照明場景。在下一代車輛設(shè)計中，照明在功能性和美觀性方面都發(fā)揮著重要作用，L99LDLH32將成為下一代車輛設(shè)計的寶貴資源。

深入分析性能

通過動態(tài)調(diào)節(jié)單個燈串的光強和亮度，L99LDLH32可以管理數(shù)字燈光配置，實現(xiàn)動畫效果。光強精確控制是通過預(yù)設(shè)高頻脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)和為每個燈串單獨設(shè)置高分辨率電流來實現(xiàn)的。PWM調(diào)制技術(shù)與特定電流設(shè)置的雙重控制方法可實現(xiàn)復雜的燈光圖案和效果，讓設(shè)計人員能夠靈活地創(chuàng)造各種視覺體驗。高分辨率電流控制方法確保每個燈串發(fā)射符合亮度要求的光線，同時高頻PWM技術(shù)提供平滑的光強過渡和變化，這個特性對于提高汽車照明和顯示器的質(zhì)量至關(guān)重要。

L99LDLH32的高頻PWM調(diào)光功能不僅可以創(chuàng)造多樣化的照明效果，而且在提高驅(qū)動器能效方面也發(fā)揮著重要作用。通過調(diào)整PWM信號的占空比，可以在不改變電流的情況下控制每個燈串的亮度，讓照明系統(tǒng)保持高能效運行。

這種調(diào)光方法可以最大限度地降低耗散功率，PWM高頻工作確保人眼無法察覺光強變化，帶來既舒適又美觀的無閃爍體驗。

此外，這種先進的照明控制功能可以降低熱應(yīng)力和功耗，有助于延長照明元件的使用壽命，從而降低維護成本，在整個車輛壽命內(nèi)，可以提高照明解決方案的可持續(xù)性。

總之，L99LDLH32的高頻PWM調(diào)光技術(shù)結(jié)合高分辨率電流控制方法，為汽車照明系統(tǒng)帶來一個先進的高能效的解決方案，讓開發(fā)者能夠自由地設(shè)計超前的燈光效果，同時確保系統(tǒng)的工作能效、安全性和可持續(xù)性。

除了這些功能之外，L99LDLH32還配備了先進的安全保護功能，為驅(qū)動器和照明組件提供重要的安全保護，包括負載內(nèi)開路或短路等任何異常檢測機制。在發(fā)現(xiàn)潛在問題時，這些保護功能可以及時發(fā)出提示信號。

該芯片還能監(jiān)測溫度，發(fā)出過熱警告，并主動處理過熱風險。如果超過安全溫度限值，L99LDLH32會根據(jù)外部負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻和內(nèi)部溫度傳感器的測量值自動介入干預(yù)，關(guān)閉系統(tǒng)，降低輸出電流，啟動熱降額安全保護。

這些保護功能為汽車照明應(yīng)用提供了一個全面的安全解決方案，防止?jié)撛诘?a target="_blank">電氣危險和過熱危險危害照明系統(tǒng)。

L99LDLH32具有故障安全和跛行模式。在發(fā)生故障時，故障安全模式可以保護系統(tǒng)和用戶的安全。故障安全功能使系統(tǒng)進入安全狀態(tài)，防止故障損壞系統(tǒng)，避免可能導致人身傷害或損壞的嚴重故障。

在檢測到故障時，跛行回家模式會減少系統(tǒng)功能數(shù)量，把照明亮度維持在一定程度上，這種做法比完全關(guān)閉系統(tǒng)更好。在這個模式下，盡管出現(xiàn)故障，照明亮度仍會調(diào)整到安全水平。

故障安全和跛行回家功能對于OLED屏和LED照明系統(tǒng)至關(guān)重要，在安全方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這兩個功能也是滿足ISO 26262標準要求的關(guān)鍵所在。

多用途和靈活性

作為LED燈串和OLED面板驅(qū)動器，L99LDLH32的雙重控制功能使其成為汽車照明和顯示領(lǐng)域的多功能組件。該器件的精準電流控制可以提供LED和OLED發(fā)出亮度均勻的光線所需的電流，管理瞬態(tài)浪涌電流，并保持車輛電氣系統(tǒng)的功能完整性。

電磁干擾也是汽車照明系統(tǒng)設(shè)計的一個重要方面，L99LDLH32專門設(shè)計了電磁干擾（EMI）抑制機制。

該器件引入了一種照明通道開通輕微延遲方法。驅(qū)動器是按順序開啟每條照明通道，而不是同時開通所有通道。本文提供了通道0至7順序開通的演示波形示例，這些圖示說明輸出電壓與輸出電流行為一致（參見圖2）。

▲圖2：采用逐漸延遲開通方法的通道輸出電壓上升沿測量值

只用一個專用數(shù)據(jù)位即可啟用或禁用所有通道的延遲開通功能，使設(shè)計人員能夠根據(jù)每個應(yīng)用的特定要求靈活地定制照明系統(tǒng)的性能。該功能減少了同時開關(guān)全部通道導致的潛在電磁能量浪涌，從而降低了電磁干擾影響其他車載電子系統(tǒng)的風險。

除了能夠管理輸出電壓的上升沿之外，L99LDLH32還能夠以相同的精準度調(diào)節(jié)下降沿。圖3描述了這種均衡的電壓過渡控制方法。

▲圖3：采用延遲開通方法的通道輸出電壓下降沿的測量值

此外，L99LDLH32還確保輸出電壓在通道開關(guān)期間平穩(wěn)過渡。此功能有助于減輕系統(tǒng)承受的電應(yīng)力，并且有助于增強EMI性能。然而，為了有效地利用此功能，需要更高的數(shù)據(jù)帶寬。先進的CAN（控制器局域網(wǎng)）FD（靈活數(shù)據(jù)速率）照明協(xié)議支持高達1Mbit/s的數(shù)據(jù)帶寬，可以滿足這一要求。

此外，該器件內(nèi)部還集成了時鐘抖動功能，以提高EMI抑制效果。具體來說，這個技術(shù)在嵌入式20 MHz振蕩器上應(yīng)用三角波，如圖4所示。

▲圖4：振蕩器抖動曲線

三角波形對振蕩器頻率產(chǎn)生抖動效應(yīng)，將噪聲分散在更寬的頻率范圍內(nèi)，把基頻和高階諧波能量分布在更寬的帶寬上，可以降低在任何單一頻率時產(chǎn)生的噪聲峰值振幅。抖動技術(shù)有助于過濾噪聲并有效降低芯片的整體EMI影響。

抗靜電性能

在設(shè)計汽車LED照明系統(tǒng)時，抗靜電性能是一個重要的考慮因素。LED屬于半導體器件，對靜電放電（ESD）很敏感，靜電放電可能會導致器件損壞或性能下降，引起使用壽命縮短問題。

車輛可能會受到各種靜電源的干擾，防ESD靜電對于保證汽車LED系統(tǒng)的可靠性和使用壽命至關(guān)重要，特別是剎車燈和轉(zhuǎn)向燈等安全功能所用的LED燈具，因為它們的連續(xù)穩(wěn)定的工作對于行車安全十分重要。因此，通常會采取措施增強汽車 LED的抗靜電能力，以確保它們在整個車輛使用壽命期間保持正常和安全的工作狀態(tài)。

L99LDLH32驅(qū)動器采用全面的防靜電放電（ESD）保護設(shè)計，以確保其在汽車應(yīng)用中的耐用性和可靠性。該器件包括針對多種類型ESD設(shè)計的保護功能，每種防護功能都是模擬不同的放電場景專門設(shè)計的靜電放電防護功能。

人體模型（HBM）靜電防護是模擬人體可能積累和釋放的靜電，防止人接觸器件時靜電放電損壞器件。在車間組裝和維護過程中，人接觸電子部件是很常見的現(xiàn)象，因此，在器件中集成這種類型的靜電防護功能至關(guān)重要。

帶電設(shè)備模型（CDM）靜電防護功能用于處理器件本身可能因為摩擦或與其他材料接觸而帶電，隨后在與導電表面接觸時放電的情況。CDM防護功能在自動化生產(chǎn)過程中尤其重要，生產(chǎn)線上的工件可能會帶電，然后快速放電，這可能會造成工件損壞。

機器模型（MM）靜電防護功能旨在防止制造設(shè)備或機械產(chǎn)生的能量更高的放電現(xiàn)象。機器模型（MM）ESD事件可能比通常由人類接觸引起的事件更為嚴重，如果沒有充分防范，可能會造成特別嚴重的損失。

L99LDLH32具有HBM、CDM和MM ESD三種靜電防護機制，證明其設(shè)計有很高的穩(wěn)健性，能夠耐受從生產(chǎn)到實際使用可能遇到的各種靜電放電風險。車規(guī)零部件必須承受惡劣工況，全面的ESD保護措施是必備的基本功能。在這種情況下，如果ESD靜電防護功能失效，造成的潛在后果是非常嚴重的，不僅會引起經(jīng)濟損失，更嚴重的是影響乘員的安全。

通過比較L99LDLH32與主要競品，我們可以看到ST驅(qū)動器的ESD防靜電性能防更為出色（表1）。

▲表1：ESD性能比較

比較分析表明，雖然L99LDLH32及其市場同類產(chǎn)品的所有引腳都符合HBM的± 2 kV水平的基準ESD保護，但L99LDLH32的輸出引腳將ESD電壓提高到± 4 kV，因此表現(xiàn)出色。這種卓越的保護對于汽車 LED燈和OLED面板特別有利，它們對于剎車燈、轉(zhuǎn)向燈和其他信號裝置等汽車安全功能至關(guān)重要。L99LDLH32輸出引腳強大的抗ESD靜電放電能力是一項重要功能，可防止ESD導致過早的燈光故障或功能異常，從而確保這些重要組件的可靠性。

對于汽車工程師和設(shè)計師來說，L99LDLH32的先進的ESD防護功能是一個重要的考慮因素，在擔心有ESD問題的汽車環(huán)境中，它可以為汽車照明系統(tǒng)增加一道耐用性和可靠性保障。

結(jié)論

先進的功能和產(chǎn)品優(yōu)勢使L99LDLH32成為高級汽車照明系統(tǒng)滿足現(xiàn)代車輛的視覺美學和安全要求必不可少的元器件。優(yōu)異的LED燈光和OLED面板管理功能，結(jié)合優(yōu)化的EMI防靜電性能，對于生成可定制的交互式燈光圖案至關(guān)重要，這不僅可以提高車輛的視覺吸引力，還可以增強行駛安全性。

全面的ESD靜電放電防護是L99LDLH32的一個非常突出的產(chǎn)品亮點，確保汽車照明系統(tǒng)具有非常高的可靠性。卓越的ESD穩(wěn)健性，尤其是輸出引腳的防靜電放電功能，對于剎車燈、轉(zhuǎn)向燈等關(guān)鍵的安全相關(guān)照明組件維持正常功能至關(guān)重要。

總之，L99LDLH32為汽車行業(yè)開發(fā)先進的定制照明體驗提供了一種靈活有效的解決方案。在未來的汽車設(shè)計中，照明系統(tǒng)是功能實用和美學設(shè)計的一個關(guān)鍵要素，出色的駕馭復雜照明場景的能力使L99LDLH32成為未來汽車設(shè)計的一個寶貴資源。