汽车车身照明光明的未来

作者：Infineon Technologies电源开关产品市场经理Jerome Py

从灯泡到LED的过渡和车身控制模块（BCM）增加的复杂性和密度改变着车身照明和控制领域及其整个生态系统。

在过去十年中，车身细分市场的汽车工业出现了多种转变和进化，如智能电源开关取代了熔断器和继电器、改善灯泡寿命的脉宽调制操作的推出，或用于更好保护和诊断负载的不断提高的要求。今天，两种主要的进展正在改变车身照明和控制行业及其整个生态系统：从灯泡到LED（发光二极管）的过渡和BCM（车身控制模块）增加的复杂性和密度。本文将介绍过渡LED的好处，它对对汽车制造商策略的影响，以及车身架构和由此而来的智能电源开关的两种主要趋势的含义。此外，它还将专注于创新的驱动IC概念，如来自英飞凌的SPI电源控制器（即SPOC），它有助于迎合这些趋势。

加速向LED的过渡

加速LED取代标准灯泡的较重要因素之一是汽车制造商更好塑造品牌的机会，以及创造性和唯一的LED串或矩阵可以“个性化”某些高端车型，并吸引不断寻求越来越多差别化的客户。

图1. 利用LED外部照明的新的品牌效应和造型机会。

这一过渡的另一个催化剂是，随着燃料价格的不断增加和新的欧盟二氧化碳排放规定，减少耗油量和二氧化碳排放的要求正在迫使汽车制造商寻找减少汽车电力损失的方法。有更高发光效率（高于50lm/W，白炽灯低于25lm/W）及更低光学损失的LED可以改进汽车总电力损失达50W。这将导致耗油量减少大约0.05l/100km，以及减少大约二氧化碳1.2 g/km。

其他因素，如小型封装、增加寿命或安全考虑也对LED取代灯泡有一种积极的影响。

不过，仍然需要克服一些挑战，以完整和迅速地过渡到LED技术。LED解决方案是并将仍然比标准灯泡更加昂贵，即使有较新的效率预期（到2012年达到130lm/W）。这就是今天LED仅被作为一种选项，主要用于高档汽车的原因。仍然还有许多技术挑战，如LED发光的一致性、复杂的散热组装（尤其是前灯）或高修理更换成本。

未来，由于二氧化碳排放问题的全球认知和灵敏度，好处数不胜数的LED技术将在方案的成本方面占主导地位。

对汽车制造商策略和车身架构的影响

汽车制造商正在寻求一种车身控制模块（BCM）的平台方法，它可以控制汽车内部和外部照明的其他负载。同一个BCM平台可以用于多种车型和衍生产品，这要求这种统一的BCM具有高度的灵活性。例如一个具体的汽车制造商，低档车型将没有LED内容（由于成本），中档车型有LED作为某些负载（如尾灯或转向灯）的可选项，而高档汽车所有都采用了LED。

因此，即使是未来十年，BCM市场的较大部分将继续采用双重BCM架构来推动LED或灯泡。

与此同时，BCM的复杂性和密度正随着更多驱动负载和模块内部更多功能而不断增长，这些功能包括智能故障管理、各种状况的负载诊断或负载的PWM（即优化功率输出）。

汽车功率器件的含义

内部和外部照明有多个LED概念，其中每个都需要某个具体的驱动概念：

·  DC-DC恒流源：这一概念是为高负载电流（高于350mA）优化的，通常用于DRL（昼间行驶灯）、远/近光或车内照明的LED串。

·  线性恒流源：通常用于低负载电流，它需要极少外部元件，并可延长LED寿命。不过，这种解决方案正在挑战能量效率和功耗方面。

·  PWM智能电源开关：同样可用于高于350mA的负载电流，这样的驱动器具有驱动LED和灯泡的能力，因此能够解决今天平台的双LED/灯泡BCM架构，尤其是尾灯负载如尾灯、倒车或刹车灯和转向灯。

BCM内部转向更多功能和复杂性的趋势也对驱动IC有一种重要的影响。半导体供应商必须考虑系统供应商面对的新挑战，如增加的板密度或数字能力要求。因此，市场需要有多个通道、更多智能和增强功能的先进的集成驱动IC，以便卸载微控制器并节省电路板空间。驱动IC的诊断、控制和编程通常通过SPI（串行外设接口）实现。

英飞凌的SPOC器件——新一代先进照明控制

SPOC系列尤其适用于标准外部照明和LED相当的负载。它采用“绿色”（无铅）和可靠的标准PG-DSO-36封装，由5或6通道集成高压侧开关组成，适用于驱动BCM中的后部和中心照明负载。

图2. SPI电源控制器概述。与现有的分立式解决方案相比，通过集成多个通道和采用一条SPI总线进行控制诊断，SPOC可减少外部元件需求，并实现电路板空间和功耗的节省。

SPOC具有独特的功能，并为汽车设备制造商带来了多种优势：

·  模块化和可扩展系列：SPOC系列PIN、功能与封装兼容，以同一个器件驱动灯泡或LED的能力有助于客户仅用一个PCB开发一个模块化和可扩展的平台。

图3. SPOC的系列方法。相对于其他集成解决方案，独特的颇具价值的SPOC是模块化系列，通过通道数和功能（例如LED模式）可以进行扩展。

·  高度集成：在一个封装中5或6通道的集成和电流检测复用器可以释放板密度，并减少高复杂性平台上通常要求的外部元件数量。与标准分立方案相比，SPOC架构能节省30%以上的线路板空间，有助于客户减少模块的总成本，因为它更少布线、更少PCB材料和更少的元件要处理。

·  SPI（串行外设接口）总线接口：SPOC采用一个8位SPI用于控制和诊断负载。PWM操作还可以通过SPI总线执行，以便减少I/O（输入/输出）微控制器的数量。这种方法在将来的平台中尤其有效，可以集成越来越多以PWM模式来驱动的负载。在这种情况下，微控制器能根据I/O数迅速饱和。例如，相对于相同的分立方案，通过SPI执行PWM的6通道SPOC器件可以节省七个I/O和14个外部元件，从而使系统级的BOM（原材料成本）节省大约8欧分。SPI还提供了菊链能力以进一步节省I/O乃至模块成本。

·  LED/灯泡模式配置：如上所述，在过渡到LED的过程中，绝大多数BCM都将有一个双重灯泡/LED架构，只有某种车型或衍生产品将提供一定负载的LED。SPOC器件可以通过SPI实现LED/灯泡模式的可配置性，有助于客户保持所有平台的汽车衍生产品同样的PCB和占位面积。在这类器件中，每个27W通道都可以进行独立编程，以驱动LED串或一个标准灯泡。

当通过SPI开始LED模式时，以下参数将加以调整并优化LED：

·  更低的标称负载电流能力：改善低负载电流的电流检测精度

·  高转换率：用于极快的诊断和快速PWM操作（高达400Hz）

·  低电流限制：减少过载状况的峰值电流

图4. 通过SPI进行SPOC负载类型配置。这个特点有助于用户通过简单的SPI命令，根据负载类型（灯泡或LED），通过调节关键参数来优化通道。

通过SPI进行SPOC负载类型配置：

·  故障安全操作：SPOC具有自我保护（Limp-home）引脚（LHI），可以唤醒该器件，并在没有VDD电源条件下工作。因此，所有通道都可能通过专用输入引脚激活。

SPOC系列独特的可扩展性、其高度集成及其能力支持双LED/灯泡架构，有助于客户应对统一BCM的挑战。今天主要汽车平台已投入生产或成功地利用SPOC不断增长。展望未来，英飞凌计划通过推出针对前灯以及加热和车身方便应用的新的创新集成功率开关，补充现有SPOC产品线。

除了SPOC，英飞凌还提供车身模块所需的所关键构建模块，如微控制器、分立式PROFET、CAN/LIN收发器、系统基础芯片或多路高低侧驱动器。

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