MAX25024汽车背光驱动器如何符合ASIL-B功能安全要求

在此设计解决方案中，我们展示了TFT-LCD显示屏背光如何满足汽车最严格的要求。我们演示MAX25024汽车背光驱动器如何提供全面的诊断，I2C 功能和关键电路冗余，符合 ASIL-B 功能安全要求。巧妙的设计使MAX25024满足并超过无闪烁汽车显示器操作的冷启动规格。高集成度可实现小型 IC、更低的 BOM 成本和更小的 PCB 尺寸。

介绍

新车型越来越多地配备多个显示器以实现不同功能。这些“信息娱乐”显示器可能包括仪表盘、中央信息显示器、后视镜更换显示器和多个后座娱乐显示器。由于仪表盘显示器为驾驶员提供相关的安全信息，因此其电子设备必须足够坚固，不仅能够承受恶劣的汽车环境（冷/热曲柄、抛负载、启动/停止），而且还包含满足 ASIL（汽车安全完整性等级）安全标准所需的其他诊断，具有低电磁干扰 （EMI） 以减少对车辆中多个射频接收器的干扰， 并且足够小，可以在同一空间内安装其他电子设备。

该设计解决方案回顾了TFT-LCD背光设计的主要挑战，重点介绍了它们如何满足ASIL安全标准。我们还研究了它们如何在低电池电压（冷启动）下无显示屏闪烁的情况下运行，同时保持低EMI和更小的尺寸。然后，本文介绍了一款符合这些标准的TFT-LCD背光驱动器IC。

功能安全

ISO（国际标准化组织）-26262 是一项推动功能安全要求的法规。它解决了电气安全相关系统的故障行为可能造成的危险，其中包括这些系统的相互作用。系统所需的功能安全级别按系统的ASIL等级分类，范围从A级到D级。系统的 ASIL 评级由潜在伤害的严重程度、故障的可控性以及发生故障时的风险敞口决定。符合ASIL标准的集成电路（IC）包括性能分析。它们使用更严格的保护和准确性，并具有冗余的参考。它们在开路引脚和监控电路上具有故障安全功能，可提供使系统合规所需的检测、诊断和验证。I 的集成2C 通信能力与 IC 便于控制和诊断。样品诊断包括：

输出端过压/欠压检测

内部存储器纠错（如果存在）

任何接口上的奇偶校验位或CRC（循环冗余校验），用于错误检测/纠正

将这些功能集成到单个IC中，使系统能够更轻松地达到ASIL-B的完整性水平。

冷启动规格

当环境温度过低时，就会发生冷启动，从而降低电池的供电能力，从而导致电池电压低于启动发动机的大电流。显示器在冷启动下的电子操作对于避免闪烁至关重要。

图2显示了ISO 16750-2中的典型冷启动时序图。它规定电池在低至 2.8V（最坏情况下）的工作时间为 15 毫秒，然后恢复到 6V 的值，该值可能会保持几秒钟。由于仪表盘显示器在起动时已经可以运行，因此TFT-LCD背光灯在此精确点正确工作非常重要。

满足此规范具有挑战性。TFT LCD背光驱动器需要一个连续的5V来驱动外部升压MOSFET，但在冷启动期间，电池电压无法支持5V工作。一个典型的解决方案是将此问题传递给其他人。

图2.冷启动细节符合 ISO 16750-2 III 级标准。

在一种解决方案中，背光芯片具有专用引脚，以便系统设计人员可以为驱动器馈送一个外部5V电压。如果没有外部 5V 电源轨，则需要在 BOM 中添加另一个 IC，例如具有足够保持能力的 LDO。这会导致额外的成本和更大的PCB面积。如果存在外部电源轨但过低，则提供内部电荷泵，但代价是额外的硅和额外的外部电容器，这些电容器必须执行电压升压。在所有情况下，可用的解决方案似乎最多只能满足典型的3V曲柄规格，而不是2.8V的最低要求。

体积小

为了减小组件尺寸以在同一空间内安装其他电子设备并降低成本，需要高度集成。先进的单片工艺有助于减小芯片尺寸，并允许使用更小的封装。片上集成附加功能可降低整体BOM，并最大限度地减小PCB尺寸和成本。

迎接挑战

例如，图3中的MAX25024为4通道背光驱动器IC，带有升压控制器，用于汽车显示器。四个集成 LED 电流输出每个可吸收高达 150mA 的电流，使 IC 能够为 8 英寸或 10 英寸背光显示器供电。输出引脚 （BOOST） 可承受高达 52V 的电压。该器件还接受宽输入电压范围，并可承受高达 40V 的汽车抛负载事件。

图3.冷启动细节符合 ISO 16750-2 III 级标准。

背光驱动器 IC 具有 I2C 控制脉宽调制 （PWM） 调光和混合调光。无论哪种情况，最小脉冲宽度均为500ns。集成了串和扩频的相移调光功能，以降低 EMI。该 IC 采用 24 引脚 TQFN 或 24 引脚侧面可润湿 TQFN （SWTQFN） 封装，工作温度范围为 -40°C 至 +125°C。

符合 ASIL B 规范

通过MAX25024 I提供全面的诊断信息2C 接口，便于在需要 ASIL-B 合规性的系统中集成。ASIL-B 系统的特性包括基准电压冗余、每串单独的 LED 电流测量、升压输入电流测量、升压输出电压测量、LED 开路/短路检测和保护，以及升压输出欠压和过压。

超过冷启动规格

MAX25024可接受2.5V至36V宽输入电压范围，满足并超过2.8V最小冷启动规格。独特的电路架构（见图4）使IC能够达到这种性能水平。板载 LDO 通常由电池 （IN 引脚） 供电，为驱动器 （DR） 提供 5V 电压。当检测到欠压尖峰时，LDO输入切换到输出（BOOST引脚）。输出电容（C外） 现在可以在指定的 15ms 冷启动期间维持 LDO 操作。

图4.冷启动期间的 5V LDO 偏置。

图5显示了一个不影响输出电压（V提高） 和 LED 电流。因此，故障标志 （FLTB） 保持取消断言状态。

图5.冷启动测试： 9 个 LED/串， 100mA/串 x 4， 400kHz， V在= 2.5V （100ms）。

板载LDO功耗极低，封装的低热阻确保了极低的结温。在图6中，左图显示了曲柄前的IC温度为39.8°C，电池电压为12V。右图显示，当100ms低至2.5V时，当净温升小于1°C时，IC温度立即为40.3°C。

图6.IC 温度，9 个 LED/串，100mA/串 x 4，100ms 曲柄前后为 400kHz。

低电磁干扰

MAX25024还根据EMI CISPR25 Class 5规范进行电磁辐射测试。例如，图7显示了使用200MHz至1GHz对数周期（水平）天线执行的众多EMI测试之一。IC的发射水平远低于限值。

图7.IC 温度，9 个 LED/串，100mA/串 x 4，100ms 曲柄前后为 400kHz。

减小尺寸和成本

高集成度在小型 4mm x 4mm TQFN 封装中适合多种功能。竞争对手的器件采用 7mm x 7mm 封装，PCB尺寸占用率增加了 3 倍。在输出短路的情况下，外部NMOS开关将电池与输出断开。NMOS 通过集成电荷泵导通，避免使用额外的引脚或外部电容器。与竞争对手解决方案中的大型PMOSFET相反，这里使用小型且具有成本效益的NMOSFET来最小化BOM尺寸和成本。这些优势使PCB尺寸比其他解决方案小45%。

结论

TFT-LCD显示器在现代汽车中无处不在。它们的背光必须在恶劣的条件下工作，满足功能安全要求，并且尺寸小。我们讨论了现有方案的缺点，并提出了一种新型高性价比背光驱动器IC，即MAX25024，它不仅满足ASIL-B功能，而且超越冷启动规格，具有低EMI，全部采用小封装。

审核编辑：郭婷