下一代汽车外部照明LED驱动器技术演变

　　在电动汽车、ADAS和对现代风格的渴望的推动下，汽车照明正在快速发展。汽车工业继续向电气化转变，导致汽车外部照明发生显著变化。过去，大型单一功能灯控制着车辆的前部、后部或侧面。然而，围绕着汽车的更新、更薄的设计 取代了他们的位置。汽车制造商正在使用灯光作为标志性的造型特征，并加入动画来象征品牌身份。这些新设计不仅美观，而且实用。

　　动画尾灯并不新鲜，因为它们首次出现在1960年的肌肉车，如1965年的雪佛兰黑斑羚SS。它采用了一种独特的尾灯设计，称为“Impala Super Sport顺序尾灯”，其中包括一种顺序照明模式，可以激活转向灯指示灯。从那时起，汽车led、MCU的进步以及电动汽车的兴起增加了动画尾灯的受欢迎程度。汽车设计师现在可以灵活地设计显示信息或添加独特的个性化签名风格的动画灯。例如，一些汽车现在配备了LED照明，使其他司机或行人更容易预测汽车的运动或向车主提供“欢迎”照明序列。

　　虽然法律上不要求安装动画尾灯，但当安装在车辆上时，它们必须符合特定地区的照明安全标准。在美国，这些法规是根据联邦机动车辆安全标准（FMVSS）第108号制定的。它概述了照明设备的技术规范，例如在美国公共道路上销售的车辆上的灯的颜色、强度、定位和对准。在欧洲和亚洲部分地区，联合国欧洲经济委员会（UNECE）第48号法规中也有类似的标准。所有照明法规的目标是提高能见度，促进一致、可靠的信号，并提高公共道路上车辆的整体安全性。

　　尽管存在微小的地区差异，但共性是所有乘用车必须至少有两个红色尾灯对称地位于其纵向中心线的两侧，在正常日光条件下从一定距离可见（例如，100米UN ECE R48）。FMVSS108和UN ECE R48最近都针对LED灯进行了更新，设置了最小发光强度、颜色和PWM衍生的闪烁率。所有这三个新要求都将对基于LED的动画尾灯产生影响。

　　为了制造出既实用又美观的LED灯，工程师和设计师面临着控制大量LED像素点而不是几个LED串的新挑战。随着汽车设计变得更加流线型和空气动力学，灯的形状和位置变得更加重要。车灯必须与汽车的整体设计完美契合，同时仍能提供足够的可见度、安全性、可靠性、能效，并符合政府法规。

　　动画车外灯通过向其他驾驶员提供额外信息，有助于提高道路安全。随着这些灯变得越来越复杂，它们可以使用复杂的图案和动画来显示更多的安全信息。这将需要从控制LED灯串或白炽灯泡块转移到驱动单个LED像素。为了实现这一点，需要大量的工程和设计创新。需要特殊的驱动器来形成一个矩阵或一簇独立控制的led，横跨汽车的整个后部。只有带数字接口的LED驱动器才能控制动画照明所需的大量LED。

　　图1显示了照明控制架构从传统到更新的动画像素照明的演变。

图一。汽车照明控制架构

　　车辆的照明系统由包含电子设备和微控制器（MCU）的车身控制模块（BCM）管理。BCM管理车身中的各种电气和电子系统，包括照明、车窗、后视镜、座椅和车门。

　　在过去，照明动画不是一项要求，因此BCM可以使用MCU的通用输入/输出（GPIO）引脚轻松启用FET或继电器开关来控制LED灯串或白炽灯泡。今天，BCM的MCU需要控制具有不同LED排列和动画模式的各种灯。随着对动画照明功能需求的不断增加，BCM现在与照明专用电子控制模块（ECU）相互作用，向控制单个LED组的多个LED驱动器发送命令。

　　动画照明的设计挑战

　　承担动画照明系统设计的汽车工程师面临着一些艰巨的挑战，如控制热量、满足功能安全目标和保持成本最小化。虽然led比白炽灯泡有许多优势，但要使它们符合汽车要求也存在挑战。通过仔细选择合适的LED类型及其驱动器，可以简化与合规性、光学、外壳和电气设计相关的挑战。所选的LED驱动器应具有微调单个LED亮度的能力，并在ECU和LED照明系统之间进行快速准确的通信。

　　示例分离RCL设计

　　多种多样的后组合灯（RCL）设计赋予车辆与众不同的独特外观。从白炽灯泡到LED尾灯的转变开启了广泛的设计可能性，如动画转向灯、动画欢迎照明等。实现分裂灯设计照明效果需要多个LED驱动器来控制具有不同流明/瓦特和从白色、琥珀色、红色和超红色的不同颜色的各种LED。这些照明部件可以分布在车辆上，并使用线束相互连接。

　　后组合灯如图2所示；这是一种分体式设计，一半灯在车身上，另一半灯在行李箱上。实现无缝动画效果需要通过嘈杂的线束进行通信，这会影响动画的可靠性。为了解决这些问题，需要控制器局域网（CAN）总线来确保快速、可靠的通信。CAN总线将BCM连接到ECU，并将ECU连接到LED驱动器。

图二。带CAN总线的RCL

　　Lumissil Microsystems提供各种LED驱动器，旨在满足动画灯设计的需求，同时解决前面提到的挑战。

　　Lumissil的IS32LT3138A LED驱动器旨在微控制器（MCU）控制板和驱动器之间建立可靠的板外通信（见图3）。它提供与CANFD物理层兼容的高速1MHz UART接口。IS32LT3138A通过在线束的发射端和接收端分别使用工业标准UART至CAN物理层，实现可靠的长距离通信。每个驱动器都有18个高压（16V）恒流通道，便于使用LED灯串。通过使用一个电阻，所有OUTx通道可以配置为吸收高达100mA的电流。

图3。IS32LT3138A 18通道LED驱动器，带UART至CAN接口

　　Lumissil在高亮度、矩阵和动画类别中为汽车LED照明提供许多具有成本效益的独特解决方案。用于汽车动画的新型LED驱动器之一是IS32FL3749。它是一个矩阵LED驱动器，具有快速33MHz串行移位菊花链总线，可以互连多个IS32FL3749器件。每个驱动器有24个高压（16V）恒流通道。这种高电压能力便于用一串正向电压最高可达16V的led来代替每个像素（图4）。通过使用一个电阻，所有行通道都可以配置为吸收高达60mA的电流。该驱动器还包括四个列控制，允许它驱动24（行）× 4（列）LED阵列，阵列大小为96个LED。阵列中的每个LED还可以映射为红色、绿色或蓝色组，以实现RGB组控制，从而减少数据编程流量。

图4。带33MHz串行移位总线的IS32FL3749 24×4矩阵LED驱动器

　　故障诊断和功能安全

　　由于汽车尾灯的可靠性直接影响道路安全，LED驱动器IC需要监控汽车的尾灯。即使是很小的灯故障也可能导致事故。幸运的是，led的预期寿命比汽车的使用寿命更长。然而，它们仍然容易受到随机故障的影响。IS32LT3138A和IS31FL3749都集成了LED故障检测和报告功能，以满足功能安全目标。故障事件记录在寄存器中，MCU可通过总线接口访问这些寄存器。

　　结论和总结

　　外部汽车照明服务于一个更大的目的，而不仅仅是确保最佳的车辆能见度。它已经发展成为汽车尾灯创新设计背后的主要驱动力。使用动画LED的新一代照明设计已经出现，并取代了传统的白炽灯泡和LED灯串。如今的汽车需要创新的照明技术，既能满足功能需求，又能体现品牌形象。这种下一级的汽车照明效果只能通过独立控制大量的发光二极管来实现。

　　IS32LT3138A和IS32FL3749等先进的LED驱动器使照明设计师能够管理和显示汽车照明效果，同时增强安全性并丰富整体用户体验。Lumissil Microsystems提供其他专注于动画的LED驱动器，如独立顺序照明驱动器IS32LT3146和48通道串行移位驱动器IS32FL3248。这些和其他LED驱动器在实现当代照明技术的同时提高每个人的交通安全方面发挥着至关重要的作用。

　　审核编辑：黄飞