汽車車身照明光明的未來

作者：Infineon Technologies電源開關(guān)產(chǎn)品市場經(jīng)理Jerome Py

從燈泡到LED的過渡和車身控制模塊（BCM）增加的復(fù)雜性和密度改變著車身照明和控制領(lǐng)域及其整個生態(tài)系統(tǒng)。

在過去十年中，車身細(xì)分市場的汽車工業(yè)出現(xiàn)了多種轉(zhuǎn)變和進(jìn)化，如智能電源開關(guān)取代了熔斷器和繼電器、改善燈泡壽命的脈寬調(diào)制操作的推出，或用于更好保護(hù)和診斷負(fù)載的不斷提高的要求。今天，兩種主要的進(jìn)展正在改變車身照明和控制行業(yè)及其整個生態(tài)系統(tǒng)：從燈泡到LED（發(fā)光二極管）的過渡和BCM（車身控制模塊）增加的復(fù)雜性和密度。本文將介紹過渡LED的好處，它對對汽車制造商策略的影響，以及車身架構(gòu)和由此而來的智能電源開關(guān)的兩種主要趨勢的含義。此外，它還將專注于創(chuàng)新的驅(qū)動IC概念，如來自英飛凌的SPI電源控制器（即SPOC），它有助于迎合這些趨勢。

加速向LED的過渡

加速LED取代標(biāo)準(zhǔn)燈泡的較重要因素之一是汽車制造商更好塑造品牌的機(jī)會，以及創(chuàng)造性和唯一的LED串或矩陣可以“個性化”某些高端車型，并吸引不斷尋求越來越多差別化的客戶。

圖1. 利用LED外部照明的新的品牌效應(yīng)和造型機(jī)會。

這一過渡的另一個催化劑是，隨著燃料價格的不斷增加和新的歐盟二氧化碳排放規(guī)定，減少耗油量和二氧化碳排放的要求正在迫使汽車制造商尋找減少汽車電力損失的方法。有更高發(fā)光效率（高于50lm/W，白熾燈低于25lm/W）及更低光學(xué)損失的LED可以改進(jìn)汽車總電力損失達(dá)50W。這將導(dǎo)致耗油量減少大約0.05l/100km，以及減少大約二氧化碳1.2 g/km。

其他因素，如小型封裝、增加壽命或安全考慮也對LED取代燈泡有一種積極的影響。

不過，仍然需要克服一些挑戰(zhàn)，以完整和迅速地過渡到LED技術(shù)。LED解決方案是并將仍然比標(biāo)準(zhǔn)燈泡更加昂貴，即使有較新的效率預(yù)期（到2012年達(dá)到130lm/W）。這就是今天LED僅被作為一種選項(xiàng)，主要用于高檔汽車的原因。仍然還有許多技術(shù)挑戰(zhàn)，如LED發(fā)光的一致性、復(fù)雜的散熱組裝（尤其是前燈）或高修理更換成本。

未來，由于二氧化碳排放問題的全球認(rèn)知和靈敏度，好處數(shù)不勝數(shù)的LED技術(shù)將在方案的成本方面占主導(dǎo)地位。

對汽車制造商策略和車身架構(gòu)的影響

汽車制造商正在尋求一種車身控制模塊（BCM）的平臺方法，它可以控制汽車內(nèi)部和外部照明的其他負(fù)載。同一個BCM平臺可以用于多種車型和衍生產(chǎn)品，這要求這種統(tǒng)一的BCM具有高度的靈活性。例如一個具體的汽車制造商，低檔車型將沒有LED內(nèi)容（由于成本），中檔車型有LED作為某些負(fù)載（如尾燈或轉(zhuǎn)向燈）的可選項(xiàng)，而高檔汽車所有都采用了LED。

因此，即使是未來十年，BCM市場的較大部分將繼續(xù)采用雙重BCM架構(gòu)來推動LED或燈泡。

與此同時，BCM的復(fù)雜性和密度正隨著更多驅(qū)動負(fù)載和模塊內(nèi)部更多功能而不斷增長，這些功能包括智能故障管理、各種狀況的負(fù)載診斷或負(fù)載的PWM（即優(yōu)化功率輸出）。

汽車功率器件的含義

內(nèi)部和外部照明有多個LED概念，其中每個都需要某個具體的驅(qū)動概念：

·  DC-DC恒流源：這一概念是為高負(fù)載電流（高于350mA）優(yōu)化的，通常用于DRL（晝間行駛燈）、遠(yuǎn)/近光或車內(nèi)照明的LED串。

·  線性恒流源：通常用于低負(fù)載電流，它需要極少外部元件，并可延長LED壽命。不過，這種解決方案正在挑戰(zhàn)能量效率和功耗方面。

·  PWM智能電源開關(guān)：同樣可用于高于350mA的負(fù)載電流，這樣的驅(qū)動器具有驅(qū)動LED和燈泡的能力，因此能夠解決今天平臺的雙LED/燈泡BCM架構(gòu)，尤其是尾燈負(fù)載如尾燈、倒車或剎車燈和轉(zhuǎn)向燈。

BCM內(nèi)部轉(zhuǎn)向更多功能和復(fù)雜性的趨勢也對驅(qū)動IC有一種重要的影響。半導(dǎo)體供應(yīng)商必須考慮系統(tǒng)供應(yīng)商面對的新挑戰(zhàn)，如增加的板密度或數(shù)字能力要求。因此，市場需要有多個通道、更多智能和增強(qiáng)功能的先進(jìn)的集成驅(qū)動IC，以便卸載微控制器并節(jié)省電路板空間。驅(qū)動IC的診斷、控制和編程通常通過SPI（串行外設(shè)接口）實(shí)現(xiàn)。

英飛凌的SPOC器件——新一代先進(jìn)照明控制

SPOC系列尤其適用于標(biāo)準(zhǔn)外部照明和LED相當(dāng)?shù)呢?fù)載。它采用“綠色”（無鉛）和可靠的標(biāo)準(zhǔn)PG-DSO-36封裝，由5或6通道集成高壓側(cè)開關(guān)組成，適用于驅(qū)動BCM中的后部和中心照明負(fù)載。

圖2. SPI電源控制器概述。與現(xiàn)有的分立式解決方案相比，通過集成多個通道和采用一條SPI總線進(jìn)行控制診斷，SPOC可減少外部元件需求，并實(shí)現(xiàn)電路板空間和功耗的節(jié)省。

SPOC具有獨(dú)特的功能，并為汽車設(shè)備制造商帶來了多種優(yōu)勢：

·  模塊化和可擴(kuò)展系列：SPOC系列PIN、功能與封裝兼容，以同一個器件驅(qū)動燈泡或LED的能力有助于客戶僅用一個PCB開發(fā)一個模塊化和可擴(kuò)展的平臺。

圖3. SPOC的系列方法。相對于其他集成解決方案，獨(dú)特的頗具價值的SPOC是模塊化系列，通過通道數(shù)和功能（例如LED模式）可以進(jìn)行擴(kuò)展。

·  高度集成：在一個封裝中5或6通道的集成和電流檢測復(fù)用器可以釋放板密度，并減少高復(fù)雜性平臺上通常要求的外部元件數(shù)量。與標(biāo)準(zhǔn)分立方案相比，SPOC架構(gòu)能節(jié)省30%以上的線路板空間，有助于客戶減少模塊的總成本，因?yàn)樗�更少布線、更少PCB材料和更少的元件要處理。

·  SPI（串行外設(shè)接口）總線接口：SPOC采用一個8位SPI用于控制和診斷負(fù)載。PWM操作還可以通過SPI總線執(zhí)行，以便減少I/O（輸入/輸出）微控制器的數(shù)量。這種方法在將來的平臺中尤其有效，可以集成越來越多以PWM模式來驅(qū)動的負(fù)載。在這種情況下，微控制器能根據(jù)I/O數(shù)迅速飽和。例如，相對于相同的分立方案，通過SPI執(zhí)行PWM的6通道SPOC器件可以節(jié)省七個I/O和14個外部元件，從而使系統(tǒng)級的BOM（原材料成本）節(jié)省大約8歐分。SPI還提供了菊鏈能力以進(jìn)一步節(jié)省I/O乃至模塊成本。

·  LED/燈泡模式配置：如上所述，在過渡到LED的過程中，絕大多數(shù)BCM都將有一個雙重?zé)襞?LED架構(gòu)，只有某種車型或衍生產(chǎn)品將提供一定負(fù)載的LED。SPOC器件可以通過SPI實(shí)現(xiàn)LED/燈泡模式的可配置性，有助于客戶保持所有平臺的汽車衍生產(chǎn)品同樣的PCB和占位面積。在這類器件中，每個27W通道都可以進(jìn)行獨(dú)立編程，以驅(qū)動LED串或一個標(biāo)準(zhǔn)燈泡。

當(dāng)通過SPI開始LED模式時，以下參數(shù)將加以調(diào)整并優(yōu)化LED：

·  更低的標(biāo)稱負(fù)載電流能力：改善低負(fù)載電流的電流檢測精度

·  高轉(zhuǎn)換率：用于極快的診斷和快速PWM操作（高達(dá)400Hz）

·  低電流限制：減少過載狀況的峰值電流

圖4. 通過SPI進(jìn)行SPOC負(fù)載類型配置。這個特點(diǎn)有助于用戶通過簡單的SPI命令，根據(jù)負(fù)載類型（燈泡或LED），通過調(diào)節(jié)關(guān)鍵參數(shù)來優(yōu)化通道。

通過SPI進(jìn)行SPOC負(fù)載類型配置：

·  故障安全操作：SPOC具有自我保護(hù)（Limp-home）引腳（LHI），可以喚醒該器件，并在沒有VDD電源條件下工作。因此，所有通道都可能通過專用輸入引腳激活。

SPOC系列獨(dú)特的可擴(kuò)展性、其高度集成及其能力支持雙LED/燈泡架構(gòu)，有助于客戶應(yīng)對統(tǒng)一BCM的挑戰(zhàn)。今天主要汽車平臺已投入生產(chǎn)或成功地利用SPOC不斷增長。展望未來，英飛凌計(jì)劃通過推出針對前燈以及加熱和車身方便應(yīng)用的新的創(chuàng)新集成功率開關(guān)，補(bǔ)充現(xiàn)有SPOC產(chǎn)品線。

除了SPOC，英飛凌還提供車身模塊所需的所關(guān)鍵構(gòu)建模塊，如微控制器、分立式PROFET、CAN/LIN收發(fā)器、系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片或多路高低側(cè)驅(qū)動器。

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