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如何让汽车照明更先进?TI汽车照明解决方案助力行业创新

2019-12-12
来源:OFweek电子工程网
关键词: 汽车 传感器 芯片

对于汽车而言,照明系统是汽车的必备,随着汽车智能化的不断演进,汽车照明技术也在进步。近年来,很多的新车配上了LED大灯,新颖的表现方式和亮眼的高科技成为车主选车的一大参考。作为全球最重要的汽车LED解决方案提供商,德州仪器(TI)在汽车照明技术上不断创新,尤其是领先业界的DLP技术,更是让新时代的汽车照明前景倍增,DLP技术在汽车上的应用,可以让汽车的照明视觉、图像质量达到一个新的层次,这些都是源于 TI DLP产品和完整的解决方案。如今,越来越多的客户愿意采用最新的方案加速产品的迭代和创新。

在LED技术的进步和推动下,汽车照明中会融合很多的LED灯解决方案,如在汽车内部照明、前照大灯和组合尾灯等。近日,TI在深圳举行了“德州仪器汽车照明媒体沟通会”,德州仪器 LED 驱动器产品线经理龚松先生给媒体记者们讲述了TI在汽车照明技术上的创新,分享了它们最新的自适应大灯系统、动态尾灯、个性化内饰照明和透明车窗显示等半导体技术及解决方案。

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德州仪器 LED 驱动器产品线经理龚松先生,德州仪器供图

防止眩光还得看自适应前照灯系统

在汽车的应用里面,自适应前照灯系统是一个很特别的存在,因为在阳光不是很充足的情况下,汽车照明不只是炫酷,而是安全。自适应前照灯是一种在垂直方向上与车联动的灯光系统,它一般情况下是由ECU和传感器、灯、车灯控制系统等组成。尤其是黑暗下,汽车在转弯情形,车灯的亮度和精确度都是汽车自适应前照灯系统好坏的关键参数。德州仪器LED驱动器产品线经理龚松先生表示,最初做自适应前照灯是为了减少眩光,大家平时在路上行走或开车时遇到过这样的场景:对面开着远光灯,你眼前立刻变得白茫茫,如果你也开着远光灯,迎面双方都会出现视线盲区,道路安全就成了问题。如何才能避免这种情况发生,龚松人为,那就是花时间去研发技术,传统解决方式是,汽车大灯用卤素或疝气灯,车厂采用自动调节远近光技术,当检测到前方车辆或行人时,自动把远光调为近光,这样方案并不安全,特别是同时有行人、车辆过来时,调成近光会使司机视野受到影响,看不到行人,TI研发了自适应前照灯系统,很好地解决了这个问题。

自适应前照灯系统是怎么解决这种安全难题的?德州仪器LED驱动器产品线经理龚松先生表示,当对面有车辆或行人过来时,汽车只把光驱调暗,其他光都保持原来状态,这样就能有效避免眩光,同时对驾驶员视野不构成影响。德州仪器采用的是两种解决方案,解决这些难题。第一款产品是TPS92682-Q1,这是双通道的LED的controller,它最大的特点是特别灵活,非常容易配置。这个产品支持各种拓扑结构,如升压拓扑、降压拓扑,有升降压和反激式等都可以通过这一个芯片来实现。他继续说道,除了实现多种拓扑结构之外,它还可以实现CC或CV输出模式,可以独立地作为一个静态大灯的解决方案,也可以和其它芯片配合在一起作为动态大灯最前沿的芯片。

除了解决了配置的难题,在设计上,TI也为车厂等客户考虑甚多。如今,车厂包括车灯供应商做车辆设计时遇到的挑战是:不同型号车子或不同车厂间,对前大灯造型和LED配置要求是不同的,这会造成客户面对不同项目,无法用同一芯片满足不同需求。龚松表示,TI的芯片因为具有可配置性和其内部参数灵活设定,很巧妙的来满足所有不同车型和不同车OEM间的需求。这样带来的好处非常多,除了成本优势,还能避免出现芯片设计中的系统bug,设计还很简洁,安全性和通用性大大提升。除了TPS92682-Q1,TI还有第二款产品叫TPS92520-Q1,这是业界第一颗把这几个性能集成在同一个芯片的IC,也是具有SPI单片双路同步降压LED的驱动器,这颗芯片还集成了MOSFETs,开关频率相当高,达到2.2MHz。“这是业内首次把这个技术引入汽车LED照明领域,TI也是行业内的第一家,我们把通常在底部的散热盘放到芯片顶部,这样非常容易在上面放散热片,加强系统散热,使这个小芯片可以输出极大功率。”龚松这样对媒体记者解释。TI还有第三款产品TPS9266X-Q1,龚松提到,前两颗芯片塑造了汽车前大灯的前两级,但要真正实现动态控制需要LED的像素级控制,需要控制每一个LED单独的开和关,这样才能够实现关闭确定的某一区域的光,保留其他区域的光继续开启。目前已经有很多车厂发布的矩阵式大灯都使用了这个方案,实现了防止眩光的功能。

更高的分辨率如何实现?

对于很多的汽车前大灯厂家而言,要实现更高的分辨率,需要几千个像素点。德州仪器LED驱动器产品线经理龚松先生表示,传统的方案在原有基础上继续做几千个像素带来了极大挑战,一是由于LED单独布设的,芯片会越来越大,二是前大灯是功率系统,当采用更多LED的时候热管理也开始出现问题。TI出了一个百万级像素解决方案,彻底超越了客户的需求。这个就是TI的DLP技术,也叫数字光源处理技术,TI用这个技术做了一个产品DMD数字微镜,这产品本质上就是在小小硅片上放百万级数量的小镜子反射光,达到控制光形状的目的。TI把DLP技术带入汽车领域,它超越了客户对于前大灯像素的需求,带来了一个百万级像素产品。TI的产品因为卓越特性又带来了客户当时没有想到的一些应用。这个产品能够实现高精度、高分辨率投影的效果,现在客户在用它做一些特别炫酷的应用。目前已经有产品采用这种DLP技术在公路上运营,0.55英寸数字微镜器件,能够把尺寸做得特别小,把光源镜头的高度做到小于40mm,让它可以塞在前大灯里,TI的参考设计提供了自适应远光灯技术,同时把分辨率提升到1万倍以上。

TI先进的尾灯解决方案

传统的汽车尾灯非常简单,就是用它实现信号功能,如刹车、转弯或是一个简单的指示功能。如今,随着汽车的发展,人们也希望尾灯可以有一些更加炫酷的效果,同时还可以起到通信的作用。龚松先生表示,目前整个贯穿式的尾灯系统在有些车型上应用了。实现贯穿式动态尾灯设计不容易,过去每个尾灯是独立控制,使用的是模拟驱动型LED  Drive,每个灯的组件是单独驱动。现在人们希望整个系统互动起来,就需要多个pixel,像素点的数量会增加很多。这时候LED Drive就从纯analog器件变成了analog LED Drive,内部集成了大量的PWM控制和内部LED量变控制算法的数字模型,对于设计而言,需要提高像素数量。TI先进的尾灯解决方案是这样的,他表示,TI的TPS929120-Q1是12通道的LED Drive,每个通道可以驱动一颗、两颗或三颗LED,同时它可以多颗芯片集连在一起驱动上百颗的LED芯片。整个贯穿式尾灯要实现动态灯效需要通信接口,传统方式可以用CAN或LIN,但是每一个PCB都需要一个MCU去控制和驱动LED Drive,整个系统设计变得复杂,成本会增加。TI在TPS929120上推出一个接口叫做FlexWire,它基于UART协议同时利用了CAN和LIN物理收发器这一层,既保证了系统安全可靠性,也让编码变得更容易,UART的编解码功能相对容易上手。为工程师提供了一个长距离的通信,同时保持非常好的可靠性和EMC DMI的性能,这颗芯片也提供了非常精确的诊断和故障保护功能。对于目前汽车尾灯面临的挑战,TI先进的尾灯解决方案在多像素控制、长距离通信和安全性上得到了完美地实现,现在这个芯片在大量的sample阶段,即将量产。

让汽车内饰照明更加个性化

传统顶灯照明就是一个开关,有时候外面比较黑,上车后还要摸半天,才能摸到开关的位置。对于这样的行业痛点,龚松先生表示,现在TI提供了解决方案,来实现智能化和区域化的照明。他说道,要实现这样的设计,首先要实现像素化的控制,客户可以采用TIDA-020012,这是高像素LED矩阵驱动模块,TI使用了三颗芯片实现这样的设计。第一颗芯片是LMR33630-Q1,采用了HotRod封装,没有引线,芯片倒过来直接卡在封装里。这样的设计极大提高了热效,没有引线还减少了EMC、EMI的干扰;第二颗芯片是TLC6C5724-Q1。它有24通道,每个通道可以输出50毫安的电流,这样设计的芯片使得大规模、矩阵化LED设计可以使用更少数量的芯片,它有全面诊断和故障检测功能;第三颗芯片是LDO  TPS7B82-Q1,LDO是业界非常标准简单的器件,从这个器件上可以看到TI技术的领先性,这颗LDO是300毫安的高压超低IQ的LDO,它的电压输入范围是3V到40V,这个产品做到了2.7μA的静态电流,是业界非常低的数字,它的精度特别高。对于客户而言,即使针对一些非常标准的产品开发,TI所带来的技术差异化和领先性也是超前的。汽车大灯可能更多是用在汽车外部,汽车小灯同样大有可为,比如更亮的、定制化的汽车小灯。针对这个系统,TI提供了两种解决方案,一种是提供基本的功能,非常简单和便宜;二是提供一个高端炫酷的需求。TI提供一个非常完整的,从最低的需求和成本到更高端的照明效果的解决方案。

透明车窗显示让汽车更有范

目前,很多的汽车都在朝着酷范的方向进步,在不久的将来,车窗上可能会显示各种信息,可能单色变成了全彩动态显示。比如车窗上有些显示,白天效果不好,晚上就可以看到。这个可以投广告,可能会是一个巨大的产业。德州仪器LED驱动器产品线经理龚松表示,要实现这样的效果,DLP技术非常有价值,因为它有个非常独特的特性,它不需要光源,这样可以让汽车车窗显示非常有想象力,而且显示效果清晰。对于如何实现,TI采用了DLP 3034-Q1去实现,他提到,这个产品有一个非常高的光输出效率,提高了日间信息的可视度。这个方案有两颗车规级芯片,支持405nm波长照明源,支持864×480分辨率。

随着汽车产业的不断进化,很多的技术都可以快速的上市,这也是TI的机遇。德州仪器LED驱动器产品线经理龚松表示,TI的五大产品技术涵盖了动态的自适应系统前灯系统、动态尾灯系统、个性化内饰照明、小灯和透明车窗应用,它们涵盖了业界革命性的创新,希望给客户、车厂和消费者带来更好、更新的体验。

总结:

伴随着智能汽车的演进,汽车照明肯定是最先突破的一环,只有好的照明,才能让车和人之间更好的互动。对于不同的汽车车厂而言,如果想进行产品的差异化竞争,让自己的产品更加有市场竞争力,好好研究最新的技术,并用到自己的汽车上,是创新的最有效方式,TI全面的解决方案的确不失为在汽车照明上创新的一种好方法,正如德州仪器LED驱动器产品线经理龚松所说的那样,大家的目标是一致的,就是为客户、车厂和消费者带来更好、更新的体验。


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