极具灵活性的带有激光通道的汽车LED前照灯解决方案
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摘要：随着全世界不断寻求更加智能的汽车照明系统和节约能耗，汽车照明成为了具有创新和改善空间的领域。如今的汽车固态照明（ASSL）系统带有多种类型的负载，包括LED、OLED、激光二极管等，工程师需要寻找更灵活的平台方案，从而在一个系统里高效地灵活地驱动这些负载。
带有激光通道的LED前照灯就是一个典型的应用场景。照明控制单元（LCU）共用一个升压电路的输出来同时驱动激光通道和日行灯（DRL）通道。这种方法并不是非常高效，它会引起激光通道额外的发热，因为激光通道与DRL共用同一电压，导致驱动激光通道的驱动电压高于实际所需电压。
本文将研究如何利用恩智浦提供的汽车固态照明驱动器IC来解决这个问题。该驱动器IC可提供两个独立电压，可通过SPI接口单独控制每个电压。本文通过两个应用实例以及系统级别效率与激光通道效率之间的比较，很容易看出这种创新结构带来的改进。
背景介绍
自几年前推出LED和激光二极管技术以来，汽车前照灯得到了快速发展。采用激光通道的LED灯具通常具备自适应前灯照明系统（AFS）功能或矩阵光束，现在越来越受到OEM的欢迎。这不仅仅是因为它们节能，还因为它们不会产生眩光，能扩大远光灯范围。采用激光通道的LED前照灯在欧洲地区获得了宝马、奥迪等主要OEM厂商以及欧司朗等LED供应商的支持，因此发展尤为迅速。根据Driving Vision News 2014对前照灯光源市场份额趋势的预测，自2020年开始，LED和激光前照灯所占的市场份额将快速提升，到2025年将达到大约18%。
1.照明控制单元
照明控制单元（LCU）是激光LED前照灯的关键组件，其功能包括基于激光的照明、AFS、动态调节或矩阵控制功能。典型实施方案如下面的图2所示。
驱动器模块通常包含微控制器（MCU）以及与车身控制模块（BCM）通信的收发器。通过分析摄像头或传感器发出的信号感应交通状况，BCM发出的指令给MCU， MCU通过SPI接口控制驱动IC。功率级通常采用两级拓扑结构，这种结构利用升压稳压电路和独立的降压通道来驱动LED或激光二极管，以实现不同的照明功能。
2.功率级设计
如图2所示，这种两级拓扑结构使得电压源能够在多种条件下（例如负载突降和冷启动事件）保持稳定，同时仍对每一级的负载动态变化快速做出响应。对于矩阵或全LED前照灯设计而言，这种特性至关重要。然而采用这两级架构设计时，如何为不同的降压通道选择外部组件是一个头痛的问题。例如，驱动DRL的降压通道的输出电流相对较低，为0.2-1 A，但电压却很高：因此，MOSFET漏源电压（VDS）和二极管反向漏电流非常重要。但是，驱动激光通道的降压通道的输出电流则比较高，大于1 A，VF却比较低：因此，MOSFET漏源通态电阻（Rdson）、电感直流电阻（DCR）以及二极管正向电压则更加重要。很显然，单凭一个升压电压是很难理想的驱动所有这些通道的。对于这种解决方案，可以采用两个独立的升压，甚至一个升压电压加一个SEPIC电压（包含在一个控制器IC）。该优势来源于芯片强大的数字调节环路设计。以下显示了两种应用实例，清楚地表明了系统效率和激光通道效率的提升。
*应用实例1：让我们来看看60 W LCU的设计示例，它采用了三组负载：54 V/540 mA DRL、16 V/0.5 A雾灯、8 V/2 A激光模块，如图3所示。
- 解决方案1：为所有三组降压设计63V升压。使用两相并联升压压来驱动60W可简化MOSFET和电感器的设计过程。
- 解决方案2：为DRL设计一个63 Vboost1，为雾灯和激光模块设计另外一个35 Vboost2。
在图3所示的解决方案中，我们使用ASL2500作为驱动控制IC。ASL2500包含两个独立的内部控制环路（图4），分别视为虚拟相位逻辑1和虚拟相位逻辑2。可利用SPI对不同的相位分配寄存器进行编程，以将两个物理驱动级连接到内部虚拟相位中，而不需要使用额外组件来确定如何分配。升压电路的输出可并联驱动同一个输出电压，或者驱动两个独立的输出电压。
从表1显示的评估结果中，我们可以看出，相比解决方案1，解决方案2的系统效率提升了3%：相当于在60 W LCU设计中节省了1.8 W的发热。考虑到LCU的小巧尺寸，这对于简化散热设计意义重大。
*应用实例2：此示例采用了60 W LCU的设计，它包含三组负载：52 V/320 mA DRL、15 V/0.55 mA雾灯、8 V/3 A激光模块，如图4所示。
- 解决方案3：为DRL 52V/320mA和雾灯15V/0.55mA设计63 V升压，为激光模块8V/3A设计9.5V SEPIC
- 解决方案1：为三组降压设计63V升压。使用两相并联升压来驱动60W可简化MOSFET和电感器的设计过程。
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