汽车照明系统设计的考虑因素

作者： Giusy Gambino Vincenzo Ferraro Filippo Scrimizzi STMicroelectronics

数字化车灯正在成为汽车生态系统中越来越重要的一个方面，具有提高视觉吸引力和交换信息的双重功能，可以提高车灯的性能和行车安全性。

车灯功能正在发生重大转变，车企不断地探索汽车数字化照明系统的新趋势和新技术。

能够为边灯、刹车灯、尾灯、转向灯等不同功能的车灯创造个性化的交互式灯光图案是数字化照明的一大优点，这不仅能够增强汽车的视觉吸引力，还有助于提高车辆在路上的辨识度，让道路上其他使用者更容易发现车辆。

除了美观作用外，数字照明系统还通过多功能方法交换信息，例如，数字LED 和OLED面板可以向其他道路使用者发送车况和路况的预警信息，这将大大提高汽车的行驶安全性，有助于预防交通事故。

智能驾驶

智能驾驶系统在车载数字照明监控方面发挥着关键作用，这些复杂先进的智驾系统配备一套先进的功能，确保照明系统具有详细的诊断、精确的灯光调节和全面的安全保护功能，显著提高车辆照明的质量，改善驾驶体验。

在汽车照明系统设计中，选对驱动器是一个重要的产品选型决策，特别是，恒流驱动器和恒压驱动器之间的选择尤为重要。

LED车灯开发者通常优选恒流驱动器，因为恒流驱动解决方案能够让车灯亮度均匀，不闪烁，而恒压驱动器难以控制电流波动，无法精确控制电流，导致LED车灯使用寿命缩短。此外，恒压系统通常需要增加整流元器件，增加器件将会降低系统能效。相比之下，恒流驱动器是一个自给自足的解决方案，不再需要额外增加任何器件，有助于提高LED照明系统的能效。恒流驱动器虽然初始成本较高，但长期积累的能效证明这一初始投资是物超所值。

OLED显示技术显然需要恒流驱动器。OLED采用直流电源才能发挥更高的性能，而且对电流方向非常敏感。考虑到潜在的电流变化，恒压驱动解决方案可能会影响OLED面板的性能和寿命。OLED面板的电压-亮度响应曲线陡峭，而电流-亮度响应曲线相对平坦，这意味着它们的光输出与工作电流成正比。因此，电流的任何波动都会导致亮度明显变化。

因此，我们推荐使用OLED专用驱动器，因为这些产品是专门设计的，电流控制精确度更高，输出电流纹波很小，提供瞬态过冲保护，精确的PWM调光可以实现亮度动态控制，具有诊断通信和短路保护功能。

意法半导体的L99LDLH32可以给车企带来很多好处，这个尺寸紧凑的芯片采用7mm x 7mm四方扁平48引脚（QFN）无铅封装，尺寸虽小，但智能强大。它是为管理车规OLED面板和LED车灯专门设计，符合ISO 26262的汽车安全完整性等级（ASIL B）的严格要求，确保汽车照明系统达到高标准的安全要求。

L99LDLH32是一款有32个稳流源的高边配置线性稳流器，如图1所示。

▲图1：智能照明驱动器框图

L99LDLH32的每个输出通道都有单独的电流源，能够将电流从1 mA调整到15 mA。这种电流调节功能是通过每个通道专用的8位数模转换器（DAC）实现的。电流设置参数保存在芯片的非易失性存储器内，这样设计有利于动态重新配置电流输出，以满足实时电流需求。此外，L99LDLH32能够在内存中保存单个灯串的设置，从而实现一致且可重复的光输出，这对于整个车辆照明系统保持均匀亮度至关重要。亮度均匀一致不仅是出于美观的目的，对于需要精确控制亮度的安全相关功能也很重要。

独立电流设置功能使L99LDLH32驱动器能够单独控制LED灯和OLED面板的每个像素，精确校准面板上各个区域的亮度，根据具体需求定制灯光图案和光影效果。这种精细控制提供了卓越的调节精确度和自适应性，这对于复杂的照明设计至关重要，对动态显示应用特别有用。

对于需要微调亮度的动态显示屏（包括具有3D动画的显示面板），L99LDLH32非常有用。该芯片的亮度调节非常灵活，是想要开发先进的响应灵敏的照明系统的车企的理想选择。这些照明系统不仅让汽车更加吸引人的目光，还有助于提供更安全、更具吸引力的驾驶体验。

总之，L99LDLH32为汽车行业开发复杂的定制化照明系统提供了一个多用途的功能强大的解决方案，能够轻松处理复杂的照明场景。在下一代车辆设计中，照明在功能性和美观性方面都发挥着重要作用，L99LDLH32将成为下一代车辆设计的宝贵资源。

深入分析性能

通过动态调节单个灯串的光强和亮度，L99LDLH32可以管理数字灯光配置，实现动画效果。光强精确控制是通过预设高频脉宽调制（PWM）技术和为每个灯串单独设置高分辨率电流来实现的。PWM调制技术与特定电流设置的双重控制方法可实现复杂的灯光图案和效果，让设计人员能够灵活地创造各种视觉体验。高分辨率电流控制方法确保每个灯串发射符合亮度要求的光线，同时高频PWM技术提供平滑的光强过渡和变化，这个特性对于提高汽车照明和显示器的质量至关重要。

L99LDLH32的高频PWM调光功能不仅可以创造多样化的照明效果，而且在提高驱动器能效方面也发挥着重要作用。通过调整PWM信号的占空比，可以在不改变电流的情况下控制每个灯串的亮度，让照明系统保持高能效运行。

这种调光方法可以最大限度地降低耗散功率，PWM高频工作确保人眼无法察觉光强变化，带来既舒适又美观的无闪烁体验。

此外，这种先进的照明控制功能可以降低热应力和功耗，有助于延长照明元件的使用寿命，从而降低维护成本，在整个车辆寿命内，可以提高照明解决方案的可持续性。

总之，L99LDLH32的高频PWM调光技术结合高分辨率电流控制方法，为汽车照明系统带来一个先进的高能效的解决方案，让开发者能够自由地设计超前的灯光效果，同时确保系统的工作能效、安全性和可持续性。

除了这些功能之外，L99LDLH32还配备了先进的安全保护功能，为驱动器和照明组件提供重要的安全保护，包括负载内开路或短路等任何异常检测机制。在发现潜在问题时，这些保护功能可以及时发出提示信号。

该芯片还能监测温度，发出过热警告，并主动处理过热风险。如果超过安全温度限值，L99LDLH32会根据外部负温度系数（NTC）热敏电阻和内部温度传感器的测量值自动介入干预，关闭系统，降低输出电流，启动热降额安全保护。

这些保护功能为汽车照明应用提供了一个全面的安全解决方案，防止潜在的电气危险和过热危险危害照明系统。

L99LDLH32具有故障安全和跛行模式。在发生故障时，故障安全模式可以保护系统和用户的安全。故障安全功能使系统进入安全状态，防止故障损坏系统，避免可能导致人身伤害或损坏的严重故障。

在检测到故障时，跛行回家模式会减少系统功能数量，把照明亮度维持在一定程度上，这种做法比完全关闭系统更好。在这个模式下，尽管出现故障，照明亮度仍会调整到安全水平。

故障安全和跛行回家功能对于OLED屏和LED照明系统至关重要，在安全方面发挥着关键作用。这两个功能也是满足ISO 26262标准要求的关键所在。

多用途和灵活性

作为LED灯串和OLED面板驱动器，L99LDLH32的双重控制功能使其成为汽车照明和显示领域的多功能组件。该器件的精准电流控制可以提供LED和OLED发出亮度均匀的光线所需的电流，管理瞬态浪涌电流，并保持车辆电气系统的功能完整性。

电磁干扰也是汽车照明系统设计的一个重要方面，L99LDLH32专门设计了电磁干扰（EMI）抑制机制。

该器件引入了一种照明通道开通轻微延迟方法。驱动器是按顺序开启每条照明通道，而不是同时开通所有通道。本文提供了通道0至7顺序开通的演示波形示例，这些图示说明输出电压与输出电流行为一致（参见图2）。

▲图2：采用逐渐延迟开通方法的通道输出电压上升沿测量值

只用一个专用数据位即可启用或禁用所有通道的延迟开通功能，使设计人员能够根据每个应用的特定要求灵活地定制照明系统的性能。该功能减少了同时开关全部通道导致的潜在电磁能量浪涌，从而降低了电磁干扰影响其他车载电子系统的风险。

除了能够管理输出电压的上升沿之外，L99LDLH32还能够以相同的精准度调节下降沿。图3描述了这种均衡的电压过渡控制方法。

▲图3：采用延迟开通方法的通道输出电压下降沿的测量值

此外，L99LDLH32还确保输出电压在通道开关期间平稳过渡。此功能有助于减轻系统承受的电应力，并且有助于增强EMI性能。然而，为了有效地利用此功能，需要更高的数据带宽。先进的CAN（控制器局域网）FD（灵活数据速率）照明协议支持高达1Mbit/s的数据带宽，可以满足这一要求。

此外，该器件内部还集成了时钟抖动功能，以提高EMI抑制效果。具体来说，这个技术在嵌入式20 MHz振荡器上应用三角波，如图4所示。

▲图4：振荡器抖动曲线

三角波形对振荡器频率产生抖动效应，将噪声分散在更宽的频率范围内，把基频和高阶谐波能量分布在更宽的带宽上，可以降低在任何单一频率时产生的噪声峰值振幅。抖动技术有助于过滤噪声并有效降低芯片的整体EMI影响。

抗静电性能

在设计汽车LED照明系统时，抗静电性能是一个重要的考虑因素。LED属于半导体器件，对静电放电（ESD）很敏感，静电放电可能会导致器件损坏或性能下降，引起使用寿命缩短问题。

车辆可能会受到各种静电源的干扰，防ESD静电对于保证汽车LED系统的可靠性和使用寿命至关重要，特别是刹车灯和转向灯等安全功能所用的LED灯具，因为它们的连续稳定的工作对于行车安全十分重要。因此，通常会采取措施增强汽车 LED的抗静电能力，以确保它们在整个车辆使用寿命期间保持正常和安全的工作状态。

L99LDLH32驱动器采用全面的防静电放电（ESD）保护设计，以确保其在汽车应用中的耐用性和可靠性。该器件包括针对多种类型ESD设计的保护功能，每种防护功能都是模拟不同的放电场景专门设计的静电放电防护功能。

人体模型（HBM）静电防护是模拟人体可能积累和释放的静电，防止人接触器件时静电放电损坏器件。在车间组装和维护过程中，人接触电子部件是很常见的现象，因此，在器件中集成这种类型的静电防护功能至关重要。

带电设备模型（CDM）静电防护功能用于处理器件本身可能因为摩擦或与其他材料接触而带电，随后在与导电表面接触时放电的情况。CDM防护功能在自动化生产过程中尤其重要，生产线上的工件可能会带电，然后快速放电，这可能会造成工件损坏。

机器模型（MM）静电防护功能旨在防止制造设备或机械产生的能量更高的放电现象。机器模型（MM）ESD事件可能比通常由人类接触引起的事件更为严重，如果没有充分防范，可能会造成特别严重的损失。

L99LDLH32具有HBM、CDM和MM ESD三种静电防护机制，证明其设计有很高的稳健性，能够耐受从生产到实际使用可能遇到的各种静电放电风险。车规零部件必须承受恶劣工况，全面的ESD保护措施是必备的基本功能。在这种情况下，如果ESD静电防护功能失效，造成的潜在后果是非常严重的，不仅会引起经济损失，更严重的是影响乘员的安全。

通过比较L99LDLH32与主要竞品，我们可以看到ST驱动器的ESD防静电性能防更为出色（表1）。

▲表1：ESD性能比较

比较分析表明，虽然L99LDLH32及其市场同类产品的所有引脚都符合HBM的± 2 kV水平的基准ESD保护，但L99LDLH32的输出引脚将ESD电压提高到± 4 kV，因此表现出色。这种卓越的保护对于汽车 LED灯和OLED面板特别有利，它们对于刹车灯、转向灯和其他信号装置等汽车安全功能至关重要。L99LDLH32输出引脚强大的抗ESD静电放电能力是一项重要功能，可防止ESD导致过早的灯光故障或功能异常，从而确保这些重要组件的可靠性。

对于汽车工程师和设计师来说，L99LDLH32的先进的ESD防护功能是一个重要的考虑因素，在担心有ESD问题的汽车环境中，它可以为汽车照明系统增加一道耐用性和可靠性保障。

结论

先进的功能和产品优势使L99LDLH32成为高级汽车照明系统满足现代车辆的视觉美学和安全要求必不可少的元器件。优异的LED灯光和OLED面板管理功能，结合优化的EMI防静电性能，对于生成可定制的交互式灯光图案至关重要，这不仅可以提高车辆的视觉吸引力，还可以增强行驶安全性。

全面的ESD静电放电防护是L99LDLH32的一个非常突出的产品亮点，确保汽车照明系统具有非常高的可靠性。卓越的ESD稳健性，尤其是输出引脚的防静电放电功能，对于刹车灯、转向灯等关键的安全相关照明组件维持正常功能至关重要。

总之，L99LDLH32为汽车行业开发先进的定制照明体验提供了一种灵活有效的解决方案。在未来的汽车设计中，照明系统是功能实用和美学设计的一个关键要素，出色的驾驭复杂照明场景的能力使L99LDLH32成为未来汽车设计的一个宝贵资源。