德州仪器(TI)推新:用半导体技术为汽车照明提供更多可能

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原创 来源:满天芯 2019-12-02 17:47
德州仪器(TI)推新:用半导体技术为汽车照明提供更多可能
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近些年,LED和智能化的快速渗透让整个汽车照明产业规模得到了超预期的增长,技术的演变也使得汽车照明的交互终端功能不断凸显,行业地位得到了快速提升。根据最新研究预测报告显示,全球汽车照明市场到2023年底将达到301.07亿美元。


市场快速增长的同时,技术也在不断的革新。作为一家老牌IC厂家,德州仪器(TI)一直处于半导体技术的最前沿,德州仪器的产品也被应用在电子行业各个领域中。同时,德州仪器也在集中精力进行照明技术的创新,为汽车照明系统升级做好准备。

 

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德州仪器(TI)LED驱动器产品线经理 龚松

在近日的德州仪器汽车照明线下活动中,德州仪器LED驱动器产品线经理龚松就前自适应前照灯系统、动态尾灯、个性化内饰照明、更亮的定制化小灯和透明车窗显示五个主要应用场景,和大家分享了德州仪器在汽车照明领域的创新技术和产品。

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一、自适应前照灯系统


自适应前照灯作为汽车主动安全系统的一部分,其减少眩光、在夜间提供最佳视觉的作用已经受到了市场的认可。德州仪器采用了怎样的产品来实现这个方案呢?龚松首先介绍了两款德州仪器即将发布的新型高性能LED驱动器TPS92682-Q1和TPS92520-Q1。


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TPS92682-Q1是双通道、双相的LED控制器,特别灵活,非常容易配置。支持各种拓扑结构,比如升压拓扑、降压拓扑,有升降压和反激式等都可以通过这一个芯片来实现。除此之外,它还可以实现CC(恒流输出)或CV(恒压输出)输出模式,它可以独立地作为一个静态大灯的解决方案,也可以和其他芯片配合在一起作为动态大灯最前沿的芯片。


TPS92520-Q1是业界第一颗具有SPI的单片双路同步降压LED的驱动器,同时集成了里面的MOSFETs,芯片开关频率达到了2.2MHz。据龚松介绍:“这是业内首次把这个技术引入汽车LED照明领域,德州仪器也是行业内第一家。我们把通常在底部的散热盘放到了芯片顶部,然后在上面再放一个散热片,加强系统散热,因而可以输出极大的功率。”

 

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满天芯现场了解到,德州仪器在提供芯片的时候也会提供一种参考设计,通过提供完整的参考设计帮助客户了解产品特性。比如这款名为TIDA-050030的120W汽车前照灯参考设计,通过了EMA测试,客户可以直接把这个板子用到前大灯里来模拟需要的光效,提前感受产品带来的照明效果。


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前两颗芯片塑造了汽车前大灯的前两级,但要真正实现动态控制需要LED的像素级控制,需要控制每一个LED单独的开和关,这样才能够实现关闭确定的某一区域的光,保留其他区域的光继续开启。德州仪器在几年前就推出了这款LED矩阵管理器TPS9266X-Q1,该产品已被多家车厂采用。


除了能够防止眩光的功能外,TPS9266X-Q1还有一些惊喜。它的每个独立像素的管理做得特别精确,每个像素点还带独立的诊断功能,如果像素点出现问题可以及时报告给ECU,让系统知道哪里出了问题,TPS9266X-Q1可支持多达372个具有诊断功能的独立可控像素。


那么,做到支持几百个像素点后,再往后走呢?几千个像素点呢?毕竟LED是单独布设的,像素点越多,芯片会越来越大,散热也是个大问题设计时面临的挑战也会更大,但是德州仪器在这里给出了一个百万级像素的解决方案,也就是德州仪器的DLP®技术


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德州仪器基于DLP®技术,即数字光源处理技术(Digital Light Processing),开发了DMD数字微镜器件(Digital Micro-mirror Device),其本质上就是在小小的硅片上放了百万级数量的小镜子反射光,达到控制光形状的目的,类似于投影仪。德州仪器不仅把DLP®技术带入了汽车领域,还超前的满足了汽车厂家们对于前大灯产品应用的需求。


龚松介绍了德州仪器的DLP5531-Q1,是一款尺寸为0.55英寸(约1.4cm)的数字微镜器件,光源镜头的高度做到了小于40mm,可以说是尺寸做得特别小了,目前已经通过汽车级认证,已有产品采用。德州仪器还提供了相应的参考设计TIDA-080007,提供了自适应远光灯技术,分辨率提升了1万倍以上。


另外,德州仪器的TIDA-020026步进电机参考设计,能够实现自适应前照灯和动态前照灯调平。通过简化的步进电机的设计抬高或降低光源的位置,使得驾驶员始终可以获得非常清晰的视野,同时提供足够的亮度。这个产品非常有特色,不需要额外的传感器,有效简化了产品设计。


二、动态尾灯


随着汽车的发展,尾灯也变得更加酷炫了,众多车型已经用上了贯穿式的尾灯系统,而贯穿式动态尾灯设计更是大家讨论的热门话题。


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对于动态尾灯的解决方案,德州仪器这次带来的是其最新的解决方案TPS929120-Q1。这是一颗12通道的LED Drive,每个通道可以驱动一颗、两颗或三颗LED,同时它可以多颗芯片集连在一起驱动上百颗的LED芯片。


在通信接口上,德州仪器在TPS929120上推出一个德州仪器独有的、自定义协议的接口叫做FlexWire。它基于UART协议同时利用了CAN和LIN物理收发器这一层,第一,CAN和LIN技术的存在保证了系统安全可靠性。第二, UART的编解码功能相对容易上手。我们提供一个长距离的通信,同时保持非常好的可靠性和EMC DMI的性能。


对于尾灯分布距离过长,灯坏了、MCU跑飞等安全性问题,龚松介绍说:“我们的芯片集成了非常完整的故障诊断和报错的功能,假如TPS929120的12个通道中的某一个通道去驱动两颗LED,这两颗LED中的某一颗LED短路了,我们这颗芯片也会报错,所以我们提供了非常精确诊断的功能。同时我们提供了额外的保护功能,比如我们有可编程的故障保护,还集成了看门狗计时器,它可以监控MCU故障信号。它监测MCU有没有定时发过来信号,如果MCU已经跑飞了,它会立刻报错,报告MCU已经出现问题。”


综合来说,TPS929120完美实现了多像素控制、长距离通信和安全性等三大挑战,目前该芯片在已进行了大量打样测试,即将量产。


三、个性化内饰照明

 

在个性化内饰照明这一块,龚松介绍了三颗非常有代表性的芯片,目前均已量产。


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第一颗芯片:LMR33630-Q1。

 

3A同步降压转换器,功率密度特别大,这个芯片没有采用标准封装,它采用了HotRod™封装,HotRod™封装没有引线,芯片倒过来直接卡在封装里。这样做极大的提高了热效和减少了EMC、EMI的干扰。

 

第二颗芯片:TLC6C5724-Q1。

 

它有24通道,每个通道可以输出50mA的电流,而普通汽车均为8通道,德州仪器推出24通道的芯片,使得大规模、矩阵化LED设计可以使用更少数量的芯片。TLC6C5724需要直接的驱动LED,因此具有全面的诊断和一些故障检测的功能。

 

第三颗芯片:TPS7B82-Q1。

 

这颗LDO是300毫安的高压超低Iq的LDO,它的电压输入范围是3V到40V,同时满足了在最恶劣的冷启动和启停条件下运行。芯片的静态电流为2.7μA,特别小。同时精度非常高,电源、负载、温度变化的时候,都可以实现±1.5%的输出精度。


四、更亮的定制化小灯

 

针对这个系统,德州仪器提供了两种解决方案,一种是提供基本的功能;二是提供一个高端炫酷的需求。

 

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对基本的静态符号投影,德州仪器提供的是一颗TPS92613单通道LED驱动,它非常简单,直接连在电池和LED上就可以驱动,恒流输出非常精确。在一个非常小的封装里面满足了客户所有的需求,同时成本上也没有增加。


在高端的动态地面投影需求上,德州仪器再次使用了DLP®技术,其紧凑的设计能够方便产品在车辆周边进行集成,支持所有LED和激光光源,系统还能定制和后期进行更新。


五、透明车窗显示

 

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在透明车窗显示部分,德州仪器再次把DLP®技术请来了。这次用的DLP®是非常独特的一个特性,它不需要光源。DLP®本质上是一个小镜子,什么样的光源都可以反射。在玻璃上贴膜后,以一定波长来投影光源,就可以清晰显示图像。


就这一项技术,龚松介绍了DLP3034-Q1和DLP5534-Q1两颗芯片,均已通过过汽车级认证。


DLP3034-Q1是一颗0.3英寸的DLP®芯片,支持405nm波长照明源,它支持864×480分辨率。比市场绝大多数方案都要高端,光输出效率非常高,提高了日间信息的可视度。另一颗芯片DLP5534-Q1支持更高的分辨率,这个DLP®芯片尺寸是0.55英寸,分辨率高达1152×576,像素级别为1.3兆像素点,同时它的照明光亮度是DLP3034-Q1芯片组的三倍。


结束语


至此,可以发现德州仪器在汽车照明领域已经可以给大家提供一个从最简单的需求、最低的成本到高端照明效果的非常完整的解决方案。


从产品很多细节之处也可以看到德州仪器半导体芯片先进所在,除了在技术上的领先外,德州仪器还竭尽全力帮助客户解决系统的问题,并且给系统设计提供了更多的可能性,帮助OEM开发出更好的终端产品。同时,龚松表示,汽车将是德州仪器的重点投资方向,将持续用半导体技术为汽车照明系统带来更多可能。


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