在電動(dòng)汽車、ADAS和對(duì)現(xiàn)代風(fēng)格的渴望的推動(dòng)下，汽車照明正在快速發(fā)展。汽車工業(yè)繼續(xù)向電氣化轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致汽車外部照明發(fā)生顯著變化。過(guò)去，大型單一功能燈控制著車輛的前部、后部或側(cè)面。然而，圍繞著汽車的更新、更薄的設(shè)計(jì) 取代了他們的位置。汽車制造商正在使用燈光作為標(biāo)志性的造型特征，并加入動(dòng)畫來(lái)象征品牌身份。這些新設(shè)計(jì)不僅美觀，而且實(shí)用。

動(dòng)畫尾燈并不新鮮，因?yàn)樗鼈兪状纬霈F(xiàn)在1960年的肌肉車，如1965年的雪佛蘭黑斑羚SS。它采用了一種獨(dú)特的尾燈設(shè)計(jì)，稱為“Impala Super Sport順序尾燈”，其中包括一種順序照明模式，可以激活轉(zhuǎn)向燈指示燈。從那時(shí)起，汽車led、MCU的進(jìn)步以及電動(dòng)汽車的興起增加了動(dòng)畫尾燈的受歡迎程度。汽車設(shè)計(jì)師現(xiàn)在可以靈活地設(shè)計(jì)顯示信息或添加獨(dú)特的個(gè)性化簽名風(fēng)格的動(dòng)畫燈。例如，一些汽車現(xiàn)在配備了LED照明，使其他司機(jī)或行人更容易預(yù)測(cè)汽車的運(yùn)動(dòng)或向車主提供“歡迎”照明序列。

雖然法律上不要求安裝動(dòng)畫尾燈，但當(dāng)安裝在車輛上時(shí)，它們必須符合特定地區(qū)的照明安全標(biāo)準(zhǔn)。在美國(guó)，這些法規(guī)是根據(jù)聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)(FMVSS)第108號(hào)制定的。它概述了照明設(shè)備的技術(shù)規(guī)范，例如在美國(guó)公共道路上銷售的車輛上的燈的顏色、強(qiáng)度、定位和對(duì)準(zhǔn)。在歐洲和亞洲部分地區(qū)，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(UNECE)第48號(hào)法規(guī)中也有類似的標(biāo)準(zhǔn)。所有照明法規(guī)的目標(biāo)是提高能見(jiàn)度，促進(jìn)一致、可靠的信號(hào)，并提高公共道路上車輛的整體安全性。

盡管存在微小的地區(qū)差異，但共性是所有乘用車必須至少有兩個(gè)紅色尾燈對(duì)稱地位于其縱向中心線的兩側(cè)，在正常日光條件下從一定距離可見(jiàn)(例如，100米UN ECE R48)。FMVSS108和UN ECE R48最近都針對(duì)LED燈進(jìn)行了更新，設(shè)置了最小發(fā)光強(qiáng)度、顏色和PWM衍生的閃爍率。所有這三個(gè)新要求都將對(duì)基于LED的動(dòng)畫尾燈產(chǎn)生影響。

為了制造出既實(shí)用又美觀的LED燈，工程師和設(shè)計(jì)師面臨著控制大量LED像素點(diǎn)而不是幾個(gè)LED串的新挑戰(zhàn)。隨著汽車設(shè)計(jì)變得更加流線型和空氣動(dòng)力學(xué)，燈的形狀和位置變得更加重要。車燈必須與汽車的整體設(shè)計(jì)完美契合，同時(shí)仍能提供足夠的可見(jiàn)度、安全性、可靠性、能效，并符合政府法規(guī)。

動(dòng)畫車外燈通過(guò)向其他駕駛員提供額外信息，有助于提高道路安全。隨著這些燈變得越來(lái)越復(fù)雜，它們可以使用復(fù)雜的圖案和動(dòng)畫來(lái)顯示更多的安全信息。這將需要從控制LED燈串或白熾燈泡塊轉(zhuǎn)移到驅(qū)動(dòng)單個(gè)LED像素。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要大量的工程和設(shè)計(jì)創(chuàng)新。需要特殊的驅(qū)動(dòng)器來(lái)形成一個(gè)矩陣或一簇獨(dú)立控制的led，橫跨汽車的整個(gè)后部。只有帶數(shù)字接口的LED驅(qū)動(dòng)器才能控制動(dòng)畫照明所需的大量LED。

圖1顯示了照明控制架構(gòu)從傳統(tǒng)到更新的動(dòng)畫像素照明的演變。

圖一。汽車照明控制架構(gòu)

車輛的照明系統(tǒng)由包含電子設(shè)備和微控制器(MCU)的車身控制模塊(BCM)管理。BCM管理車身中的各種電氣和電子系統(tǒng)，包括照明、車窗、后視鏡、座椅和車門。

在過(guò)去，照明動(dòng)畫不是一項(xiàng)要求，因此BCM可以使用MCU的通用輸入/輸出(GPIO)引腳輕松啟用FET或繼電器開(kāi)關(guān)來(lái)控制LED燈串或白熾燈泡。今天，BCM的MCU需要控制具有不同LED排列和動(dòng)畫模式的各種燈。隨著對(duì)動(dòng)畫照明功能需求的不斷增加，BCM現(xiàn)在與照明專用電子控制模塊(ECU)相互作用，向控制單個(gè)LED組的多個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器發(fā)送命令。

動(dòng)畫照明的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

承擔(dān)動(dòng)畫照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的汽車工程師面臨著一些艱巨的挑戰(zhàn)，如控制熱量、滿足功能安全目標(biāo)和保持成本最小化。雖然led比白熾燈泡有許多優(yōu)勢(shì)，但要使它們符合汽車要求也存在挑戰(zhàn)。通過(guò)仔細(xì)選擇合適的LED類型及其驅(qū)動(dòng)器，可以簡(jiǎn)化與合規(guī)性、光學(xué)、外殼和電氣設(shè)計(jì)相關(guān)的挑戰(zhàn)。所選的LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具有微調(diào)單個(gè)LED亮度的能力，并在ECU和LED照明系統(tǒng)之間進(jìn)行快速準(zhǔn)確的通信。

示例分離RCL設(shè)計(jì)

多種多樣的后組合燈(RCL)設(shè)計(jì)賦予車輛與眾不同的獨(dú)特外觀。從白熾燈泡到LED尾燈的轉(zhuǎn)變開(kāi)啟了廣泛的設(shè)計(jì)可能性，如動(dòng)畫轉(zhuǎn)向燈、動(dòng)畫歡迎照明等。實(shí)現(xiàn)分裂燈設(shè)計(jì)照明效果需要多個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制具有不同流明/瓦特和從白色、琥珀色、紅色和超紅色的不同顏色的各種LED。這些照明部件可以分布在車輛上，并使用線束相互連接。

后組合燈如圖2所示;這是一種分體式設(shè)計(jì)，一半燈在車身上，另一半燈在行李箱上。實(shí)現(xiàn)無(wú)縫動(dòng)畫效果需要通過(guò)嘈雜的線束進(jìn)行通信，這會(huì)影響動(dòng)畫的可靠性。為了解決這些問(wèn)題，需要控制器局域網(wǎng)(CAN)總線來(lái)確保快速、可靠的通信。CAN總線將BCM連接到ECU，并將ECU連接到LED驅(qū)動(dòng)器。

圖二。帶CAN總線的RCL

Lumissil Microsystems提供各種LED驅(qū)動(dòng)器，旨在滿足動(dòng)畫燈設(shè)計(jì)的需求，同時(shí)解決前面提到的挑戰(zhàn)。

Lumissil的IS32LT3138A LED驅(qū)動(dòng)器旨在微控制器(MCU)控制板和驅(qū)動(dòng)器之間建立可靠的板外通信(見(jiàn)圖3)。它提供與CANFD物理層兼容的高速1MHz UART接口。IS32LT3138A通過(guò)在線束的發(fā)射端和接收端分別使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART至CAN物理層，實(shí)現(xiàn)可靠的長(zhǎng)距離通信。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器都有18個(gè)高壓(16V)恒流通道，便于使用LED燈串。通過(guò)使用一個(gè)電阻，所有OUTx通道可以配置為吸收高達(dá)100mA的電流。

圖3.IS32LT3138A 18通道LED驅(qū)動(dòng)器，帶UART至CAN接口

Lumissil在高亮度、矩陣和動(dòng)畫類別中為汽車LED照明提供許多具有成本效益的獨(dú)特解決方案。用于汽車動(dòng)畫的新型LED驅(qū)動(dòng)器之一是IS32FL3749.它是一個(gè)矩陣LED驅(qū)動(dòng)器，具有快速33MHz串行移位菊花鏈總線，可以互連多個(gè)IS32FL3749器件。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器有24個(gè)高壓(16V)恒流通道。這種高電壓能力便于用一串正向電壓最高可達(dá)16V的led來(lái)代替每個(gè)像素(圖4)。通過(guò)使用一個(gè)電阻，所有行通道都可以配置為吸收高達(dá)60mA的電流。該驅(qū)動(dòng)器還包括四個(gè)列控制，允許它驅(qū)動(dòng)24(行)× 4(列)LED陣列，陣列大小為96個(gè)LED。陣列中的每個(gè)LED還可以映射為紅色、綠色或藍(lán)色組，以實(shí)現(xiàn)RGB組控制，從而減少數(shù)據(jù)編程流量。

圖4.帶33MHz串行移位總線的IS32FL3749 24×4矩陣LED驅(qū)動(dòng)器

故障診斷和功能安全

由于汽車尾燈的可靠性直接影響道路安全，LED驅(qū)動(dòng)器IC需要監(jiān)控汽車的尾燈。即使是很小的燈故障也可能導(dǎo)致事故。幸運(yùn)的是，led的預(yù)期壽命比汽車的使用壽命更長(zhǎng)。然而，它們?nèi)匀蝗菀资艿诫S機(jī)故障的影響。IS32LT3138A和IS31FL3749都集成了LED故障檢測(cè)和報(bào)告功能，以滿足功能安全目標(biāo)。故障事件記錄在寄存器中，MCU可通過(guò)總線接口訪問(wèn)這些寄存器。

結(jié)論和總結(jié)

外部汽車照明服務(wù)于一個(gè)更大的目的，而不僅僅是確保最佳的車輛能見(jiàn)度。它已經(jīng)發(fā)展成為汽車尾燈創(chuàng)新設(shè)計(jì)背后的主要驅(qū)動(dòng)力。使用動(dòng)畫LED的新一代照明設(shè)計(jì)已經(jīng)出現(xiàn)，并取代了傳統(tǒng)的白熾燈泡和LED燈串。如今的汽車需要?jiǎng)?chuàng)新的照明技術(shù)，既能滿足功能需求，又能體現(xiàn)品牌形象。這種下一級(jí)的汽車照明效果只能通過(guò)獨(dú)立控制大量的發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。

IS32LT3138A和IS32FL3749等先進(jìn)的LED驅(qū)動(dòng)器使照明設(shè)計(jì)師能夠管理和顯示汽車照明效果，同時(shí)增強(qiáng)安全性并豐富整體用戶體驗(yàn)。Lumissil Microsystems提供其他專注于動(dòng)畫的LED驅(qū)動(dòng)器，如獨(dú)立順序照明驅(qū)動(dòng)器IS32LT3146和48通道串行移位驅(qū)動(dòng)器IS32FL3248.這些和其他LED驅(qū)動(dòng)器在實(shí)現(xiàn)當(dāng)代照明技術(shù)的同時(shí)提高每個(gè)人的交通安全方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。