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Maxim媒体聚焦 | 助力汽车智能化 重新定义汽车照明

2018-11-29
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 背景 
近期,Maxim Integrated汽车产品事业部业务管理总监Tamer Kira接受了多家中国媒体的专访,分享了Maxim最新的汽车照明技术以及解决方案。今天我们节选了精华部分,和大家一起分享。


Maxim Integrated汽车产品事业部业务管理总监Tamer Kira


 

汽车照明随需而变 


权威机构的市场研究显示,安全性与品牌效应是提升LED在汽车前车灯平台接受度的两个主要因素。作为其独特品牌标识的一部分,OEM厂商正在为LED和矩阵照明设计引入高级安全管理等技术,例如无炫光远光灯。


Tamer Kira认为,现在的汽车越来越大,功能越来越先进,行驶速度也越来越快,因此需要采用更加时尚、优雅、清洁、安全和可靠的LED照明方案,以便在降低CO2排放的同时,实现10倍于传统照明的反应速度,并保证10,000小时的使用寿命。LED能够支持的汽车照明应用包括车内、前灯照明、高级照明、后灯照明和功能照明。



但是,汽车要采用LED照明,对于设计者来说有许多挑战需要解决,通常客户要面对的问题包括:空间、成本和设计复杂度;高功率应用的效率(功耗、散热)问题;平台设计和可重用性;EMI抑制等。


如何应对这些挑战?Maxim给出的方案可以使问题迎刃而解。首先,Maxim方案采用独特的芯片架构,集成了多种特性,可以降低BOM成本,减小占用空间,简化设计;第二,采用同步整流模式和高性能栅极驱动,利用先进架构和集成高效器件来解决高功率应用的效率问题;第三,采用支持多种拓扑的单芯片方案实现易用性,利用平台设计提高灵活性,实现可重复使用;最后,集成了扩频功能,可以实现低瞬态噪声,降低了EMI。


(内容节选自:PSD China/功率系统设计)



先进的LED照明系统为汽车智能化提供有力支撑


智能化是未来汽车产业的发展方向,这一点已在行业内达成共识。Tamer Kira提出,要实现真正的自动驾驶,仅有单车的智能化是不行的,需要汽车智能化和网联化的协同发展。以目前的市场形式看,为了实现自动驾驶,汽车上的摄像头越来越多,车辆控制系统需要承担的工作越来越繁重。现在,LED照明在汽车中的普及率不断攀升,一是因为LED具有低能耗、长寿命、穿透力强等优点,再就是LED照明在汽车智能化进程中能够发挥巨大作用。


Maxim关注汽车LED照明由来已久,积累了丰富的市场和产品经验。Tamer Kira表示,LED照明在汽车上的变化非常明显,它让汽车的外观看起来更亮丽更时尚,并且对节能、驾驶的安全性均有很大帮助。以安全性为例,LED灯的响应时间很短,比传统照明约快10 倍,相当于留给车驾驶员更多的刹车反应时间,如果按时速100公里的速度来计算,安全的刹车距离可以缩短6米。仅此一点,对未来的汽车自动驾驶而言,就是一个了不起的贡献。


与传统照明系统相比,LED照明拥有更节能、更低的碳排放,更长的使用寿命等特点。目前,市场上的汽车照明方案主要有两种,一种是由分立器件搭建的方案,另一种是集成方案。集成方案很好地解决了空间、设计复杂度、EMI等难题。尤其是从散热角度考虑,集成方案可以把开关矩阵管理器中MOS管的导通电阻降到最低,而转换效率大幅提升,降低了整体功耗。


尽管LED阵列前灯增强了安全性,但由于其复杂度和高成本,一度只能作为高端汽车行业的专属。Maxim的MAX20092恰好是顺应这一发展趋势的汽车平台LED照明方案,它一方面解决了LED照明面临的诸多挑战,本身具备的管理功能还能为日益繁忙的汽车控制系统分忧,从而释放出更多MCU的效能,助力汽车智能化的实现。


(内容节选自:CEM/中国电子商情)



 做好阵列管理很关键 


高度集成,单芯片升压降压实现无缝切换

将多种功能集成是未来芯片设计的一大趋势,集成化的优势在于单颗芯片就可以完成多种功能,工程师不需要附加其它电路,从而降低BOM成本。在汽车系统中必须要有升降压功能,传统方式是由升压芯片和降压芯片分别完成,而Maxim将这两种拓扑集成在一颗芯片上。


当然这种集成方案有些公司也可以实现,所不同的是,他们的方案在升压和降压之间转换时候需要经过一个中间状态,会引起较大的电压跌落,而Maxim的方案可以在升压和降压之间进行无缝切换,因此输出电压更为稳定。Tamer Kira以MAX20092为例解释,“当LED数量比较多时,需要的电压比较高,可以采用升压方案,当电压很低时可以采用降压方案,MAX20092可以支持1-4串LED,可以用Buck/Bootst升降压满足不同的LED数量配置,灵活性更大,满足可重用的需求。”


窄频率快速响应,实现更低EMI

汽车在行驶过程中,车灯能否准确实时发出信号关乎车主安全,因此实时监控车灯故障是确保行驶安全的重要环节。MAX20092可以广泛应用于车头灯、转向灯等矩阵LED照明管理模块,如下图所示,汽车的电池电压12V伏,通过MAX16990/2升到60V,然后通过MAX20096降压,给LED矩阵提供合适的电压。MAX20092具有先进的故障保护功能以及开路、短路及断线LED检测管理,从而确保行车安全。



如果想进行多个LED灯管理,以前需要MCU通过SPI总线逐个控制,如果切换频繁会加大总线压力,而MAX20092内部集成了12路开关矩阵,可以通过12路开关分别控制开关上连接的LED,而且每一个开关都可以单独控制。Tamer Kira介绍单独管理的优势在于,“当系统从点亮1个LED灯切换到点亮12个LED灯时,可以通过MAX20092控制。如果点亮一个LED灯需要4V电压,点亮12个LED需要升高到48V电压,MAX20096的新控制架构可以快速响应,这样的快速响应开关频率变化非常窄,同类的产品从4V到48V转压输出的开关频率变化范围很大,很难做到滤波,因此EMI非常大,我们既需要快速响应,还需要在这个响应时间内保证开关频率变化范围非常窄,从而做到更低的EMI干扰,MAX20096的摆率控制可降低EMI及噪音。另外,MAX20092还采用了低至70毫欧的RDS_ON支持高达1.5A的LED电流驱动,可以实现低功耗、高效率。 ”


多个器件并联工作,实现大型像素阵列控制

一个MAX20092可以控制12个LED灯,如果需要多组是否可以并联多个MAX20092? Tamer Kira 分析,“MAX20092可并行连接多达27个MAX20092器件,无需菊链,管理多达324个LED的大型像素阵列;允许设计者为每个IC配置1(串)x 12只串联开关、2(串)x 6只串联开关,以及4(串)x 3只串联开关,可以看到,在同一SPI总线上可以实现多组LED控制,OME厂商可以灵活地增加或者减少模块的数量,从而满足不同汽车厂商的差异化需求。”


此外,Maxim同时推出MAX20096 和 MAX20097双通道、同步buck高亮度LED控制器,与MAX20092协同工作,帮助设计者改进LED照明的瞬态响应。MAX20096和MAX20097可实现超快瞬态响应,具有与Maxim独有的平均电流模式控制实现接近固定的频率,使EMI降至最低,并支持可靠的高性能设计。


(内容节选自:EEFOCUS/与非网)



难点重重,见招拆招


安全与品牌差异化是提升LED在汽车前车灯平台接受度的两个主要因素,目前该方案的年增长率为30%。作为其独特品牌标识的一部分,OEM厂商正在为LED和矩阵照明设计引入高级安全管理,例如无炫光远光灯。然而,LED照明设计者也面临着功耗、散热、设计复杂度不断增加的挑战。LED成本虽然低廉但是它的设计技术门槛要明显高于其他类型的车灯。据Tamer介绍:车厂设计所面临的挑战是平台设计的灵活性,平台能不能重复使用做一下差异化设计是当下面临的问题,而且EMI(电磁干扰)是汽车设计的重中之重。


在空间和成本还有设计的复杂度方面,美信的芯片设计不断趋于小型化、集成功能也越来越多,可以把多个功能集成到同一个芯片上。其次,同步开关管可以集成到芯片内部,这样就可以减少PCB上的元器件数量,从而减小空间。可以说芯片架构优化是美信一直以来的优势所在。


高压同步整流是一次大胆的尝试

大功率应用效率问题上,美信的LED电源芯片采用同步整流的方式,同步整流的导通电阻比原来使用的二级管小很多,这对减少发热和提升效率都是一个帮助,在业界高压同步整流存在较高的技术难点,美信能够做到此技术可以说是相当不易,利用高压同步整流架构可以大大提升整体效率,据了解美信的MAX 20096就可以支持到56伏电压。


在高性能方面,美信也是将芯片做到更小、更有利产品性能的优化。除此之外,美信提供单颗芯片可以支持多种架构,只要外部搭配不同的电路就可以实现同一颗芯片有不同的功能,这样很大程度简化设计,也为OEM厂商提供丰富的应用性。为了更好的抑制,美信在汽车电子芯片上集成了扩频技术,开关频率在一个很窄的空间发生移动和变化,可以减少谐波的干扰和能量。


双Buck架构是亮点

此次美信同时推出了双路Buck控制器,这个词听起来有些陌生。以MAX20096为例,当汽车电池端的12伏要升到60伏的应用时,通过双路Buck降压为LED提供一个合适的电压。美信的MAX20092内部集成了十二路开关,可分别控制每个开关上连接的LED,每一个开关可以单独控制开、关状态,这就会有不同的效果。其他公司做Buck-Boost的时候必须要有一个中间状态,切换的效率就会降下来,带载能力也会随之变低,但美信的Buck-Boost属于无缝切换,通过开关切到Buck或者Boost状态,这种快速切换可以让用户感觉不到内部的这种变化。此外,MAX20092可以多个器件并联使用,在同一SPI总线上实现多片并联,对于OEM厂商来说增加了设计的灵活性和应用性以及在多个模块上都可以灵活方便的进行选择。


美信的最新MAX20096和MAX200097双路Buck LED控制器都具有同步整流架构,超快的瞬态响应是它们的另一大优势,不管对EMI还是负载的响应速度或者是提供负载的能力都有所帮助;此外,双路Buck开关频率可以进行180°相移,这样可以降低EMI干扰。


(内容节选自:EEWORLD/电子工程世界)


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