多變的車燈，繞不開的LED驅(qū)動(dòng)芯片

近年來隨著汽車的不斷普及，車燈方面也在不斷發(fā)展，由最開始的鹵素?zé)舭l(fā)展為氙氣大燈，再到現(xiàn)在的LED大燈和矩陣式LED大燈。

在今年的北京車展中 ，其中不乏令人眼前一亮的方案。

比如大眾途觀L pro搭載Micro LED投影大燈，意味著該方案首次已經(jīng)下沉至30萬以內(nèi)的市場(chǎng)價(jià)格區(qū)間。還有極氪MIX繼續(xù)保留貫穿式光幕設(shè)計(jì)，并且和大燈融為一體，科技感十足。以及一些雖未有突破性創(chuàng)新，但在造型和功能上都得到不同程度的升級(jí)。

可以說，對(duì)汽車車燈訴求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于照明的功能，而是需要與整車造型一道動(dòng)態(tài)營(yíng)造個(gè)性化差異表現(xiàn)。 而支持這些功能快速實(shí)現(xiàn)的背后，LED技術(shù)的應(yīng)用功不可沒。

LED光源具有節(jié)能、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)迅速的特點(diǎn)。用于汽車照明時(shí)，其尺寸小巧的特點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更加靈活，為多種方案照明甚至燈光交互的實(shí)現(xiàn)提供了可能性。

但LED技術(shù)用于車燈照明時(shí)也存在兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)，分別是散熱和LED驅(qū)動(dòng)。 相較而言散熱問題較為容易解決，通過增加對(duì)應(yīng)的被動(dòng)散熱結(jié)構(gòu)即可解決。 最難的當(dāng)屬LED驅(qū)動(dòng) ，眾所周知LED需要恒流驅(qū)動(dòng)，因此必須采用對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)芯片，尤其是在當(dāng)前LED光源數(shù)量快速增加的情況下，對(duì)LED驅(qū)動(dòng)芯片要求也在不斷提升。

01. 如何去選擇合適的LED驅(qū)動(dòng)芯片

由于LED本身屬于電流敏感型的元件，較小的電流變化就有可能引起很大的溫度變化，所以照明中使用的LED，尤其是大功率的LED，最好采用恒流的方式驅(qū)動(dòng)。根據(jù)電流的調(diào)節(jié)方式， LED驅(qū)動(dòng)芯片可以分為兩大類，線性LED驅(qū)動(dòng)芯片和開關(guān)型LED驅(qū)動(dòng)芯片。

線性LED驅(qū)動(dòng)芯片因電路簡(jiǎn)單，控制靈活，廣泛應(yīng)用在小燈、尾燈、發(fā)光格柵、氛圍燈、ISD智能交互顯示等汽車照明應(yīng)用中。但線性LED驅(qū)動(dòng)芯片存在輸出功率低，以及工作電壓范圍較小的缺點(diǎn)，因此在大功率前大燈照明中，線性LED驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)用較少，僅在部分前燈照明如轉(zhuǎn)向流水燈、日行燈以及發(fā)光格柵燈中采用線性LED驅(qū)動(dòng)芯片。

開關(guān)型LED驅(qū)動(dòng)芯片通過PWM脈沖控制電流大小，配合內(nèi)部控制環(huán)路，可以在更寬的輸出電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)LED的控制。此外，開關(guān)型LED驅(qū)動(dòng)芯片的轉(zhuǎn)換效率也明顯優(yōu)于線性LED驅(qū)動(dòng)芯片，配合其更大功率的驅(qū)動(dòng)能力，開關(guān)LED型驅(qū)動(dòng)芯片被廣泛應(yīng)用于前大燈照明中，尤其是肩負(fù)夜間照明功能的遠(yuǎn)光燈和近光燈。

當(dāng)然，實(shí)際選型中，由于車燈產(chǎn)品狀態(tài)以及自身供應(yīng)鏈的不同，各企業(yè)產(chǎn)品會(huì)存在差異。

除確定驅(qū)動(dòng)芯片的類型外，驅(qū)動(dòng)芯片另一關(guān)鍵是去匹配需要驅(qū)動(dòng)的LED數(shù)量。

LED驅(qū)動(dòng)芯片數(shù)量與LED燈珠個(gè)數(shù)密切相關(guān)， 其中的關(guān)鍵指標(biāo)是驅(qū)動(dòng)芯片的輸出通道數(shù)（CH） 。理論上每個(gè)通道均可單獨(dú)控制一個(gè)LED燈珠或者一串LED燈珠（具體個(gè)數(shù)與驅(qū)動(dòng)芯片工作電壓有關(guān)，線性LED驅(qū)動(dòng)芯片每通道通常驅(qū)動(dòng)1-3顆LED，開關(guān)型LED驅(qū)動(dòng)芯片通常會(huì)更多）。

通常，對(duì)于線性LED驅(qū)動(dòng)芯片這一品類而言，受限于工作電壓與散熱的限制，其每個(gè)輸出通道能夠驅(qū)動(dòng)的LED燈珠數(shù)量有限。為了實(shí)現(xiàn)更加靈動(dòng)炫酷的照明效果，車身照明中LED燈珠數(shù)量的逐漸增多，因此擁有更多輸出通道數(shù)量的線性LED驅(qū)動(dòng)芯片至關(guān)重要。

單個(gè)線性LED驅(qū)動(dòng)芯片常見的輸出通道數(shù)有1~3通道、12通道、16通道、24通道，近些年市場(chǎng)上也有芯片供應(yīng)商陸續(xù)推出新一代的48通道乃至能夠驅(qū)動(dòng)更多通道的線性LED驅(qū)動(dòng)芯片。

而開關(guān)型LED驅(qū)動(dòng)芯片得益于高轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)勢(shì)，可以依靠較少的輸出通道驅(qū)動(dòng)更多的LED燈珠。

02. 尾燈、氛圍燈、ISD智能交互燈LED驅(qū)動(dòng)芯片的選型策略

因其技術(shù)方案的不同，對(duì)于驅(qū)動(dòng)芯片的選型也不盡相同。 根據(jù)單芯片的通道數(shù)來區(qū)分，大抵可以分為低通道數(shù)芯片（1~3通道）和高通道數(shù)芯片（12通道及以上）。

傳統(tǒng)尾燈只需要照明和信號(hào)警示功能，搭載的LED燈珠數(shù)量較少，對(duì)應(yīng)的LED驅(qū)動(dòng)芯片數(shù)量和芯片的通道數(shù)也較少。通常僅需要選取單通道或者3通道的驅(qū)動(dòng)芯片即可滿足要求。傳統(tǒng)內(nèi)飾氛圍燈與傳統(tǒng)尾燈類似，對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片的數(shù)量和通道數(shù)要求并不高，大部分方案均采用單顆RGB驅(qū)動(dòng)芯片，低通道數(shù)驅(qū)動(dòng)芯片即可滿足要求。

與傳統(tǒng)尾燈有別的是，氛圍燈驅(qū)動(dòng)IC通常內(nèi)部集成MCU以實(shí)現(xiàn)顏色合成和溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?，系統(tǒng)架構(gòu)和軟件配置與傳統(tǒng)尾燈存在差異。近些年隨著內(nèi)飾氛圍燈的顯示效果越來越豐富多彩，內(nèi)飾氛圍燈照明對(duì)于RGB驅(qū)動(dòng)芯片的輸出通道數(shù)也提成了更高的要求。

高通道數(shù)的驅(qū)動(dòng)芯片主要應(yīng)用于貫穿式尾燈和ISD智能交互燈技術(shù)中。

隨著LED技術(shù)的成熟，尤其是本輪中國(guó)新能源市場(chǎng)的大機(jī)遇中，動(dòng)態(tài)貫穿式尾燈成為很多車型的標(biāo)配。

動(dòng)態(tài)貫穿式尾燈所需的LED光源數(shù)量較多，對(duì)LED驅(qū)動(dòng)芯片的數(shù)量及單顆驅(qū)動(dòng)芯片的通道數(shù)量提出了新要求。當(dāng)下方案設(shè)計(jì)中，12通道、16通道和24通道等多通道線性LED驅(qū)動(dòng)芯片被廣泛使用。其中，驅(qū)動(dòng)芯片每通道驅(qū)動(dòng)的LED數(shù)量一般為1-3顆。根據(jù)所需動(dòng)態(tài)效果的不同，芯片的選型和數(shù)量也會(huì)多樣：動(dòng)態(tài)貫穿式尾燈方案中用到的LED燈珠數(shù)量約為100顆到500顆，以常見的12通道LED驅(qū)動(dòng)芯片為例，對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)芯片的用量大約在5-20顆之間。如果選用更多輸出通道的LED驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片的用量會(huì)進(jìn)一步降低，可以實(shí)現(xiàn)更精簡(jiǎn)的BOM清單和更低的系統(tǒng)成本。

ISD智能交互燈是近年來應(yīng)用的一個(gè)細(xì)分技術(shù)，其可以顯示一些簡(jiǎn)單的圖形元素，與外界做信息交互。比如極氪007在業(yè)內(nèi)首次采用了交互燈幕，而非單獨(dú)模塊，顯示面積達(dá)到90英寸，為此采用了1711顆LED發(fā)光單元，采用了75顆24通道的線性LED驅(qū)動(dòng)芯片。智己L7全車共采用了5000多顆LED，通過48通道驅(qū)動(dòng)芯片控制，甚至能在尾燈處顯示簡(jiǎn)單的游戲動(dòng)畫效果。

03. 前大燈LED驅(qū)動(dòng)芯片的選型策略

與尾燈、ISD智能交互不同的是，前大燈主要功能是提供照明，意味著前大燈所需的功率更高，這也正是前大燈照明選用開關(guān)型LED驅(qū)動(dòng)芯片的原因。

在滿足照明的基礎(chǔ)上進(jìn)行交互式創(chuàng)新，這點(diǎn)在遠(yuǎn)光燈技術(shù)的應(yīng)用上表現(xiàn)的尤其明顯。ADB大燈和像素級(jí)大燈就是在此背景下發(fā)展起來的。ADB大燈全稱是自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈（Adaptive Driving Beam），又稱矩陣式大燈，故名思義，其照明區(qū)域可以呈矩陣式控制。在車輛行駛時(shí)，可根據(jù)前方障礙物位置進(jìn)行照明區(qū)域調(diào)整，而無需手動(dòng)切換遠(yuǎn)近光。

ADB大燈雖然有多種實(shí)現(xiàn)方式，但最主流的依然是通過矩陣式LED來實(shí)現(xiàn)，即開關(guān)型LED驅(qū)動(dòng)芯片提供大功率輸出以驅(qū)動(dòng)LED燈珠，配合矩陣管理芯片來實(shí)現(xiàn)單個(gè)LED（或稱之為單個(gè)像素）的獨(dú)立亮滅控制。

04. LED驅(qū)動(dòng)芯片的升級(jí)方向

驅(qū)動(dòng)芯片第一大挑戰(zhàn)便是如何去驅(qū)動(dòng)數(shù)量龐大的LED燈珠。

正如上文提到，除前大燈中需要考慮功率要求，即要求驅(qū)動(dòng)芯片需輸出較大電流外，尾燈、ISD智能交互更多的是考慮LED數(shù)量，對(duì)應(yīng)的增加驅(qū)動(dòng)芯片的數(shù)量。但考慮到芯片布置的空間有限，單純的疊加芯片的數(shù)量肯定是無法持續(xù)的。

時(shí)分復(fù)用技術(shù)就在此需求下被提出。 相比于LED直接驅(qū)動(dòng)的方式，時(shí)分復(fù)用技術(shù)在驅(qū)動(dòng)芯片的基礎(chǔ)上增加矩陣開關(guān)，這樣變可以成倍數(shù)控制LED的數(shù)量，增加的倍數(shù)即位矩陣開關(guān)的數(shù)量。這樣便可以在不增加芯片數(shù)量的情況下實(shí)現(xiàn)增加LED驅(qū)動(dòng)的數(shù)量，此類技術(shù)可以顯著提升線型LED驅(qū)動(dòng)的輸出通道數(shù)量。

驅(qū)動(dòng)芯片的第二大挑戰(zhàn)是如何解決熱風(fēng)險(xiǎn)，降低芯片發(fā)熱量。

得益于高轉(zhuǎn)換效率，開關(guān)型LED驅(qū)動(dòng)芯片的散熱問題相對(duì)較好處理。但對(duì)于線性LED驅(qū)動(dòng)芯片來說，如何在散熱和穩(wěn)定電流輸出之間做好均衡，這非常考驗(yàn)研發(fā)工程師的設(shè)計(jì)能力。

提升線性LED驅(qū)動(dòng)芯片散熱表現(xiàn)的常見方式是通過增加額外的分流電阻來分擔(dān)熱量，以此來降低驅(qū)動(dòng)芯片的發(fā)熱。此類技術(shù)被稱之為熱共享（Thermal sharing or Thermal balancing）。但隨著線性LED驅(qū)動(dòng)芯片的輸出通道數(shù)增加，對(duì)于12通道甚至更多如24通道的線性LED驅(qū)動(dòng)芯片而言，依靠每通道并聯(lián)分流電阻的傳統(tǒng)熱共享技術(shù)無疑在方案面積和系統(tǒng)成本上都帶來了新的挑戰(zhàn)，在追求小型化的今天，其結(jié)果與產(chǎn)品理念是背道而馳的。

驅(qū)動(dòng)芯片的第三大挑戰(zhàn)是如何匹配平臺(tái)化開發(fā)理念，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈降本。

現(xiàn)在隨著開發(fā)周期、開發(fā)成本的不斷壓縮，平臺(tái)化的產(chǎn)品開發(fā)理念深入人心。平臺(tái)化體現(xiàn)在兩方面，硬件平臺(tái)化、通訊協(xié)議多樣化兼容。

硬件平臺(tái)化即硬件架構(gòu)和電路板空間需覆蓋盡可能多的不同車燈型號(hào)的要求。對(duì)于驅(qū)動(dòng)芯片而言，即能夠兼容盡可能多的不同通道數(shù)的驅(qū)動(dòng)芯片，通常為了方便切換，也就要求芯片供應(yīng)商能提供盡可能多的通道數(shù)芯片。目前如英飛凌、TI等外資芯片企業(yè)可覆蓋1-48通道的芯片產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)企業(yè)如納芯微在產(chǎn)品豐富度方面也基本與其持平。

除產(chǎn)品豐富度外，上文提到，車燈的工作原理簡(jiǎn)單的理解便是MCU發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)芯片收到指令后驅(qū)動(dòng)LED燈珠發(fā)光或熄滅。其中MCU和驅(qū)動(dòng)芯片之間便會(huì)涉及到通訊。通常情況下，車燈控制可以分為控制板和驅(qū)動(dòng)板?？刂瓢寮粗饕獮镸CU所在的電路板，驅(qū)動(dòng)板則是驅(qū)動(dòng)芯片所在的電路板?；谄脚_(tái)化中靈活布置的訴求，對(duì)于驅(qū)動(dòng)板而言就需要盡可能多的兼容控制板的通訊協(xié)議。由于各家方案和應(yīng)用需求的差異，通訊接口目前常見的有LIN、SPI、UART、CAN等等。如何實(shí)現(xiàn)不同廠商通訊協(xié)議的兼容，是當(dāng)下迫切需要解決的難題。

審核編輯 黃宇