做好陣列管理采用LED對汽車照明很關鍵

如果你計劃選購一輛汽車，最關注的是什么指標？估計100％的人會說安全和價格。那么，在保證安全和價位合理的前提下，你還會關注哪些指標？估計這時候就是哪輛好看選哪輛了，因此現在的汽車設計也越來越追求時尚感。LED照明可以給汽車帶來更直觀的酷炫體驗，而且節能效果更好，所以應用越來越廣泛，包括汽車前燈、汽車尾燈、車窗照明、功能照明、高級照明等。Strategy Analytics的統計顯示，安全性與品牌效應是提升LED在汽車前車燈平臺接受度的兩個主要因素，目前該方案的年增長率為30％。

圖1 LED照明在汽車中的應用

然而，LED照明設計者也面臨著諸多挑戰，比如：空間、成本和設計復雜度要求大大提升，需要降低整體BOM成本；高功率應用要求效率越來越高，需要配備高效器件；設計需要具有靈活性，需要充分利用平臺設計解決重用性問題；盡可能抑制EMI確保系統安全。針對這些問題，Maxim公司推出了全新的解決方案，其汽車產品事業部業務管理總監Tamer Kira介紹，“我們的芯片集成度越來越高，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；多拓撲器件具有易用性，可以提高設計的靈活性；集成擴頻功能，降低瞬態噪聲，從而抑制EMI?！?/p>

由于一輛汽車中需要配備多組LED照明產品，因此OEM廠商正在為LED和矩陣照明設計引入高級安全管理。Maxim公司的MAX20092 就是一款12通道開關矩陣管理器，Tamer Kira表示，“該器件使得高性能LED陣列車燈和自適應光束調節設計能夠滿足更高電流的設備需求，同時降低方案尺寸、提高靈活性。矩陣開關的導通電阻為業界最低，該IC可最大程度減少LED陣列照明的發熱，相比最接近的競爭方案降低65％?！?/p>

圖2 基于MAX20096和MAX20092的LED照明應用

高度集成，單芯片升壓降壓實現無縫切換

將多種功能集成是未來芯片設計的一大趨勢，集成化的優勢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。在汽車系統中必須要有升降壓功能，傳統方式是由升壓芯片和降壓芯片分別完成，而Maxim將這兩種拓撲集成在一顆芯片上。

當然這種集成方案有些公司也可以實現，所不同的是，他們的方案在升壓和降壓之間轉換時候需要經過一個中間狀態，會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行無縫切換，因此輸出電壓更為穩定。Tamer Kira以MAX20092為例解釋，“當LED數量比較多時，需要的電壓比較高，可以采用升壓方案，當電壓很低時可以采用降壓方案，MAX20092可以支持1－4串LED，可以用Buck／Bootst升降壓滿足不同的LED數量配置，靈活性更大，滿足可重用的需求?！?/p>

窄頻率快速響應，實現更低EMI

汽車在行駛過程中，車燈能否準確實時發出信號關乎車主安全，因此實時監控車燈故障是確保行駛安全的重要環節。MAX20092可以廣泛應用于車頭燈、轉向燈等矩陣LED照明管理模塊，如圖2所示，汽車的電池電壓12V伏，通過MAX16990／2升到60V，然后通過 MAX20096 降壓，給LED矩陣提供合適的電壓。MAX20092具有先進的故障保護功能以及開路、短路及斷線LED檢測管理，從而確保行車安全。

如果想進行多個LED燈管理，以前需要MCU通過SPI總線逐個控制，如果切換頻繁會加大總線壓力，而 MAX20092 內部集成了12路開關矩陣，可以通過12路開關分別控制開關上連接的LED，而且每一個開關都可以單獨控制。Tamer Kira介紹單獨管理的優勢在于，“當系統從點亮1個LED燈切換到點亮12個LED燈時，可以通過MAX20092控制。如果點亮一個LED燈需要4V電壓，點亮12個LED需要升高到48V電壓，MAX20096的新控制架構可以快速響應，這樣的快速響應開關頻率變化非常窄，同類的產品從4V到48V轉壓輸出的開關頻率變化范圍很大，很難做到濾波，因此EMI非常大，我們既需要快速響應，還需要在這個響應時間內保證開關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1．5A的LED電流驅動，可以實現低功耗、高效率。 ”

多個器件并聯工作，實現大型像素陣列控制

一個MAX20092可以控制12個LED燈，如果需要多組是否可以并聯多個MAX20092？ Tamer Kira 分析，“MAX20092可并行連接多達27個MAX20092器件，無需菊鏈，管理多達324個LED的大型像素陣列；允許設計者為每個IC配置1（串）x 12只串聯開關、2（串）x 6只串聯開關，以及4（串）x 3只串聯開關，可以看到，在同一SPI總線上可以實現多組LED控制，OME廠商可以靈活地增加或者減少模塊的數量，從而滿足不同汽車廠商的差異化需求?！?/p>

此外，Maxim同時推出MAX20096 和 MAX20097雙通道、同步buck高亮度LED控制器，與MAX20092協同工作，幫助設計者改進LED照明的瞬態響應。MAX20096和MAX20097可實現超快瞬態響應，具有與Maxim獨有的平均電流模式控制實現接近固定的頻率，使EMI降至最低，并支持可靠的高性能設計。