除了使用寿命长、高能效和可控制光源，LED还具有高亮度，使汽车驾驶更安全，因而在汽车业中的应用越来越多。LED可以安装或集成在整个车辆四周，包括前部、后部、侧面甚至顶部。在高位刹车/停车灯和转向信号灯中使用LED已经有一段时间了，现在后组合灯（RCL）和雾灯也开始使用LED。
为了提高安全性，汽车制造商开始在照明系统中置入更多智能。其中自适应远光灯（ADB）技术可以根据环境和“动态光影”照明，例如驾驶室内的驾驶员辅助提示和车辆状态信息，以及灯条中的安全警告、高级导航和盲区警告，动态地调整远光灯。
根据Yole Développement的数据，汽车照明可能是自动驾驶发展的关键节点，在集成本地摄像头、雷达和LiDAR等传感器时将发挥关键作用。
Yole的“Advanced Front-Lighting Systems”（先进的前照明系统）报告指出，汽车数字化是汽车发展的大趋势，正朝向电动汽车和自动驾驶汽车的方向发展。汽车数字化利用新方法提供安全性、舒适性和信息服务，随着汽车技术的发展，需要所有道路使用者之间能够更好地进行通信，这使外部照明变得更加重要。图1对人工驾驶与高级辅助驾驶系统和架构进行了比较。
图1：人工驾驶与高级辅助驾驶系统架构比较。（图片来源：Yole Développement）
Yole指出，随着成本的降低以及效率、亮度和封装尺寸的改善，LED正迅速普及，目前全LED前照灯在新兴市场中已经商业化，几乎所有汽车制造商和一级零件供应商都已开发出完整的LED前照灯系统。报告还称，目前每辆车使用的先进LED矩阵大灯有超过50个LED，已应用于高档汽车领域。
LED还用于车辆内部照明，例如仪表板、车载信息系统、门灯、阅读灯、温度控制系统和音频/视频系统。
根据市场研究机构LEDinside（TrendForce的一个部门）的信息，一些供应商正在开发用于室内照明的RGB LED，实现全色混合和动态环境等功能，这是智能照明发展的一个趋势。
本文列出了用于汽车照明的10种创新LED和LED驱动器。
随着越来越多的汽车前照灯采用LED，欧司朗光电半导体等LED制造商将继续努力提高亮度、能效和热性能。该公司已经发布了几款具有更高驾驶安全性的下一代LED产品，包括最新版的Oslon Compact PL和Oslon Black Flat S LED。
欧司朗将推出新一代单芯片至四芯片版Oslon Compact PL系列产品。与之前的产品一样，其陶瓷组件有一个绝缘垫，使封装更易散热。该产品可提供更高的电流，其中单芯片版本在电流1A、芯片面积1mm²的情况下可实现395流明（lm）的亮度。
该产品尺寸仅为1.9 mm×1.5 mmF×0.73mm，适用于ADB系统和空间极为紧凑的系统设计。ADB前照灯（也称为智能前照灯）可为驾驶员提供更宽的视野。
欧司朗还扩展了其Oslon Black Flat S系列产品，将单芯片和双芯片版本包含其中。其组件采用特殊的引线框架，具有最高的对比度值（>1:200）和极低的热阻，因此允许更高的电流。其单芯片版本在1A时可达到395lm。其UX:3芯片的照明表面是正方形，大灯制造商很容易进行光学设计。
由于在1A时可提供高达130lm的效率值，欧司朗相信未来大灯的散热器可以更小，甚至还可以不使用散热器。新一代Oslon Compact PL和Oslon Black Flat S的封装尺寸不变。
图2：三星的FX系列LED。（图片来源：三星电子）
三星也升级了两款汽车LED，以提供更高的光效。据该公司称，其光效为133lm/W的第二代C系列和FX系列是光效最高的大功率汽车LED之一（图2）。这些封装可以在低压下提供更大的亮度，采用的散热器更小，使车灯的设计更轻巧，降低了车灯制造商的系统成本。
三星表示，其C系列的目标应用是外部照明灯，例如前照灯，它们需要更大的光通量和高可靠性，尤其是在恶劣的工作条件下。C系列包含多达四种多芯片设计，可提供高达1,560lm的光通量，其陶瓷衬底的热稳定性和高耐用性提高了每个封装的可靠性。
此外，三星透露C系列采用了独特的荧光粉混合物，对比度较之前翻了一番，最高达到1000:1，从而大大增加了驾驶员的视野。C系列有各种光通量和尺寸可供选择。
三星还称其FX系列具有高可靠性，该系列采用倒装芯片封装，尺寸为1.8×1.4mm。FX LED体积小巧，可实现更流畅的设计，可用于日行灯（DRL）、平视显示器（HUD）及下一代ADB。
首尔半导体推出了下一代WICOP（wafer-integrated-chip-on-PCB）UHL（超高亮度）系列LED——无需封装而直接将LED芯片焊接在PCB上，专用于电动汽车前照灯。与其他LED产品相比，使用新型WICOP UHL LED，电动汽车的前照灯功耗降低可达20％，散热性能提高了40％，预计2021年开始量产。图3显示了WICOP UHL LED技术。
电池功耗是决定单次充电行驶距离的一个重要指标，因此降低汽车组件的整体重量来降低功耗至关重要。
图3：首尔的WICOP UHL LED技术。（图片来源：首尔半导体）
在前照灯中采用WICOP UHL技术以后，其散热器的重量可以减少75％。此外，产品的LED发光区域非常小，约为0.5mm2，可实现细光束前照灯设计。
WICOP产品是首尔半导体开发的业界首个获得专利的无封装LED技术。该公司表示：“倒装芯片技术必须在半导体工艺中进行粘合，而WICOP LED则可以在通常的衬底粘合过程中轻松进行表面安装。”
亿光电子已在其智能LED系列中嵌入了智能IC驱动器，以通过控制器更好地管理色彩并调节亮度，用于汽车内部照明。EL SMARTLED（智能多功能汽车RGB技术）系列使汽车制造商能够在车辆内部使用多种颜色。亿光电子是ISELED联盟的成员，该联盟致力于开发适用于汽车内部的智能LED技术并改善用户体验。
EL SMARTLED（XI3040-RGBIC0251L-AM）将驱动器IC集成到RGB-LED封装中，可控制三阶SDCM（MacAdam Ellipse）中的组件校准色差。集成的驱动器IC通过检测红色LED的温度来控制热失控。EL SMARTLED通过LIN接口可以串联多达4,000个LED，传输速度高达2Mbps，并可提供比传统RGB-LED更好的色彩均匀性。
智能LED采用SMD封装，尺寸为3.0×4.1×0.9mm。汽车内部应用包括内部照明、车顶阅读照明和仪表板显示。
同样，Dominant Opto Technologies也推出了智能LED系列，即seddLED（智能嵌入式数字驱动器LED）。单个封装中集成了用于汽车环境照明的RGB LED、LED驱动器和高级ISELED通信协议。
该公司seddLED3.0系列的第一个产品是A3A-FKG-1400-1，预校准至D65白点，亮度为1,400mcd，色容差小于3SDCM；第二个产品是A3A-FKG-RGB-1，预校准至单独的红色、真绿和蓝色，亮度分别为400mcd、1600mcd和250mcd。
A3A-FKG-RGB-1的优点是能够通过控制LED峰值电流（PWM）、波长校准和温度补偿来微调颜色和强度的变化。
该公司还推出了seddLED3.4系列的A3A-FKG-1400-1产品，预校准至D65白点，亮度为1,400mcd，色容差小于3 SDCM。
为了充分利用LED的优势并实现最高效的光输出，LED必须与适合的LED驱动器配合。下面将介绍五款LED驱动器。
图4：Diodes公司的AL8843Q和AL8862Q DC/DC降压转换器。（图片来源：Diodes）
Diodes公司的AL8843Q和AL8862Q DC/DC降压转换器（图4）可驱动汽车内部和外部LED灯使用的单个LED或多个LED灯串，可用于日行灯、雾灯、转向灯和制动/停止灯等汽车照明应用。两种器件均采用SO-8EP封装，符合AEC-Q100 1级标准。
电源电压范围为4.5V至40V的AL8843Q和电源电压范围为5V至55V的AL8862Q降压转换器甚至可以承受更大的电压变化，例如低起动或停止-启动操作时负载突降，LED的驱动电流却不会降低。其安全功能包括过热保护及LED短路和开路保护。AL8862Q还带开漏故障指示引脚。
DC/DC降压转换器支持0％至100％全范围PWM调光，可通过0.4V至2.5V模拟输入进行控制，也可由外部微控制器或主机处理器生成的PWM信号来控制。这两款器件均集成了一个功率MOSFET：40V/0.2Ω型号用于AL8843Q，55V/0.4Ω型号用于AL8862Q。它们还具有迟滞模式降压型LED驱动器控制功能，简化了反馈回路，工程师只需使用四个外部元件即可实现高度稳定的降压转换器。
安森美半导体发布了同一系列四个器件，简化了先进车辆照明的设计，可确保更高的道路安全性。新系列适用于低功率固态照明，包含两个LED驱动器（NCV7683和NCV7685）和两个电流控制器（NCV7691和NCV7692）。图5所示为NCV7685 LED驱动器。
图5：安森美的NCV7685 LED驱动器。（图片来源：安森美）
安森美半导体指出，为了提高道路安全性，汽车制造商不再简单地使用“开/关”控制，而是转向复杂系统，在后组合灯、转向信号灯、雾灯和其他外部调制的LED串中采用运动和可变强度，向其他道路使用者提供可见度很高的警告。
NCV7685和NCV7683分别集成了12个和8个线性可编程电流源，能够以每通道高达100mA的电流驱动多串LED。其配置选项包括菊花链、照明水平控制、电流调节、排序功能和通道组合。
NCV7685采用具有CRC8误差检测功能的8位I2C接口，以通过PWM单独调整输出电流，并利用专用诊断引脚完成高级诊断（包括检测LED灯串开路或欠压等）。NCV7685可由DC/DC控制器和/或LDO稳压器供电，根据设计要求而不同。
NCV7691只使用一个外部NPN双极晶体管和一个反馈电阻，可提供较宽的电流调节范围来驱动一个串或多串LED。这种驱动器可以在多通道系统中添加单通道，并通过PWM输入支持调光功能。NCV7691利用开路、短路和热关断功能来实现安全操作。后来的NCV7692具有更短的响应时间，降低了开路负载检测的阈值。
针对新兴智能汽车照明应用，Melexis公司利用其MeLiBu（Melexis Light Bus）高速通信IP开发了RGB-LED驱动器，可实现汽车内部智能动态光影照明。通信接口使汽车制造商可利用车舱中的动态光影功能，例如驾驶辅助提示和车辆状态信息，来提高汽车安全性。灯条可用于安全警告、高级导航和盲点警告。
MLX81116是一款全集成式智能汽车LED驱动器，可提供多个LED驱动器之间的高速通信，实现了多颗LED灯的动态光影照明应用。它包含用于LED驱动和通信的所有必需组件，提供>250 RGB LED的无延迟实时更新。
Melexis表示，RGB LED灯条可以通过颜色编码、颜色改变和闪烁序列与驾驶员进行通信，但仍然存在挑战，例如让灯条中所有LED的颜色保持一致，并确保它们同步改变。
图6：Melexis的MLX81116驱动器IC。（图片来源：Melexis）
Melexis新推出的MLX81116（图6）通过其高速通信接口IP解决了这些问题。MeLiBu在灯条中单独控制每一个LED来产生照明效果，同时对因环境变化引起的任何LED颜色漂移进行实时补偿。
MeLiBu通信接口基于CAN-FD物理层，可确保鲁棒性、可靠性和高速率（高达2Mbps）。该接口支持专用光学参数，可实现1％ΔUV的颜色混合精度，确保灯条中各个LED没有明显的差异。它无需额外的外部组件即可提供温度补偿。
MLX81116驱动器IC具有很宽的调光范围，可以针对白天和夜间驾驶进行亮度调节。Melexis表示，由于该驱动器使用了CAN-FD物理层，因此更容易符合EMC法规，可满足汽车ISO 26262的功能安全要求，最高达到安全完整性等级B（ASIL B），并具有低EMI辐射和高抗扰性。
ISSI子公司Lumissil Microsystems的IS3xFL3265x系列LED驱动器（图7）也专门用于汽车动态光影照明，其高压LED通道可减少电磁兼容性（EMC）问题。
这些LED驱动器专为严苛及高标准的应用环境而设计，集成了寄存器，可通过故障检测和报告来调整热保护级别，并可在–40℃至125℃的宽温度范围内工作，适合需要利用高压LED输出来支持每个通道堆叠多颗LED的汽车和工业应用。
Lumissil表示，这些驱动器支持18个高压LED输出，无论是进行RGB彩色照明还是白色照明，均可单独对其进行配置以实现最佳光输出。利用高压输出，设计工程师可将多个LED堆叠在同一通道，以便在给定LED电流下提高光输出。
图7：Lumissil的IS3xFL3265x系列LED驱动器。（图片来源：Lumissil Microsystems）
这些LED驱动器采用灵活的总线架构和内置EMI抑制技术，用于汽车内部和外部LED照明。选择相应的部件号（I2C总线为IS32FL3265A，SPI总线为IS32FL3265B），可以支持I2C或SPI总线协议。两种总线接口都支持高压输出、单通道（区域）照明控制、EMI抑制、故障保护功能，并符合AEC-Q100标准。
对于内部环境照明，可以将18个高压通道配置为6个RGB区域或18个高亮度照明区域。对于外部应用，可以将18个可单独控制的LED通道进行配置，以产生“迎宾灯”或动态尾灯的照明效果。
Rohm Semiconductor的BD18336NUF-M超小型高输出线性LED驱动器专门用于汽车中的各种插口式LED灯，包括日行灯和尾灯，即使在单个芯片上电池电压下降的情况下也能提供稳定的照明。它还有助于减小最新的插口式LED灯的尺寸。
这种插口式LED灯像LED灯泡一样方便更换，易于维护，引起了广泛的关注。但是由于插口尺寸很难减小，影响了设计的灵活性。
BD18336NUF-M利用电流旁路功能防止LED熄灭，并通过切换LED电流路径始终保持至少30％的亮度，即使在电池电压从13V降至9V时也是如此。Rohm称这是首款集成电流旁路功能的单芯片，可在电池电压下降时实现稳定照明。
此外，BD18336NUF-M在3.0mm2超小型封装中实现了600mA的高输出，与传统解决方案（包括外部电路）相比，安装面积减少了约30％，因而可安装在小型插口式LED灯的10mm2衬底上。由于采用了内置的电流旁路，所用外部器件比传统设计减少了七个，从而缩小了安装面积。
BD18336NUF-M还具有抑制LED发热的功能，支持容易发热的白光LED，使其可用于日行灯和其他使用白光LED的车辆照明系统中。
（本文授权编译自EDN姐妹网站Electronic Products，原文参考链接：Top 10 LEDs and drivers for automotive，由Jenny Liao编译）
本文为《电子技术设计》2021年2月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
最前沿的电子设计资讯
