作者：Infineon Technologies電源開關產品市場經理Jerome Py

從燈泡到LED的過渡和車身控制模塊（BCM）增加的復雜性和密度改變著車身照明和控制領域及其整個生態系統。

在過去十年中，車身細分市場的汽車工業出現了多種轉變和進化，如智能電源開關取代了熔斷器和繼電器、改善燈泡壽命的脈寬調制操作的推出，或用于更好保護和診斷負載的不斷提高的要求。今天，兩種主要的進展正在改變車身照明和控制行業及其整個生態系統：從燈泡到LED（發光二極管）的過渡和BCM（車身控制模塊）增加的復雜性和密度。本文將介紹過渡LED的好處，它對對汽車制造商策略的影響，以及車身架構和由此而來的智能電源開關的兩種主要趨勢的含義。此外，它還將專注于創新的驅動IC概念，如來自英飛凌的SPI電源控制器（即SPOC），它有助于迎合這些趨勢。

加速向LED的過渡

加速LED取代標準燈泡的較重要因素之一是汽車制造商更好塑造品牌的機會，以及創造性和唯一的LED串或矩陣可以“個性化”某些高端車型，并吸引不斷尋求越來越多差別化的客戶。

圖1. 利用LED外部照明的新的品牌效應和造型機會。

這一過渡的另一個催化劑是，隨著燃料價格的不斷增加和新的歐盟二氧化碳排放規定，減少耗油量和二氧化碳排放的要求正在迫使汽車制造商尋找減少汽車電力損失的方法。有更高發光效率（高于50lm/W，白熾燈低于25lm/W）及更低光學損失的LED可以改進汽車總電力損失達50W。這將導致耗油量減少大約0.05l/100km，以及減少大約二氧化碳1.2 g/km。

其他因素，如小型封裝、增加壽命或安全考慮也對LED取代燈泡有一種積極的影響。

不過，仍然需要克服一些挑戰，以完整和迅速地過渡到LED技術。LED解決方案是并將仍然比標準燈泡更加昂貴，即使有較新的效率預期（到2012年達到130lm/W）。這就是今天LED僅被作為一種選項，主要用于高檔汽車的原因。仍然還有許多技術挑戰，如LED發光的一致性、復雜的散熱組裝（尤其是前燈）或高修理更換成本。

未來，由于二氧化碳排放問題的全球認知和靈敏度，好處數不勝數的LED技術將在方案的成本方面占主導地位。

對汽車制造商策略和車身架構的影響

汽車制造商正在尋求一種車身控制模塊（BCM）的平臺方法，它可以控制汽車內部和外部照明的其他負載。同一個BCM平臺可以用于多種車型和衍生產品，這要求這種統一的BCM具有高度的靈活性。例如一個具體的汽車制造商，低檔車型將沒有LED內容（由于成本），中檔車型有LED作為某些負載（如尾燈或轉向燈）的可選項，而高檔汽車所有都采用了LED。

因此，即使是未來十年，BCM市場的較大部分將繼續采用雙重BCM架構來推動LED或燈泡。

與此同時，BCM的復雜性和密度正隨著更多驅動負載和模塊內部更多功能而不斷增長，這些功能包括智能故障管理、各種狀況的負載診斷或負載的PWM（即優化功率輸出）。

汽車功率器件的含義

內部和外部照明有多個LED概念，其中每個都需要某個具體的驅動概念：

·  DC-DC恒流源：這一概念是為高負載電流（高于350mA）優化的，通常用于DRL（晝間行駛燈）、遠/近光或車內照明的LED串。

·  線性恒流源：通常用于低負載電流，它需要極少外部元件，并可延長LED壽命。不過，這種解決方案正在挑戰能量效率和功耗方面。

·  PWM智能電源開關：同樣可用于高于350mA的負載電流，這樣的驅動器具有驅動LED和燈泡的能力，因此能夠解決今天平臺的雙LED/燈泡BCM架構，尤其是尾燈負載如尾燈、倒車或剎車燈和轉向燈。

BCM內部轉向更多功能和復雜性的趨勢也對驅動IC有一種重要的影響。半導體供應商必須考慮系統供應商面對的新挑戰，如增加的板密度或數字能力要求。因此，市場需要有多個通道、更多智能和增強功能的先進的集成驅動IC，以便卸載微控制器并節省電路板空間。驅動IC的診斷、控制和編程通常通過SPI（串行外設接口）實現。

英飛凌的SPOC器件——新一代先進照明控制

SPOC系列尤其適用于標準外部照明和LED相當的負載。它采用“綠色”（無鉛）和可靠的標準PG-DSO-36封裝，由5或6通道集成高壓側開關組成，適用于驅動BCM中的后部和中心照明負載。

圖2. SPI電源控制器概述。與現有的分立式解決方案相比，通過集成多個通道和采用一條SPI總線進行控制診斷，SPOC可減少外部元件需求，并實現電路板空間和功耗的節省。

SPOC具有獨特的功能，并為汽車設備制造商帶來了多種優勢：

·  模塊化和可擴展系列：SPOC系列PIN、功能與封裝兼容，以同一個器件驅動燈泡或LED的能力有助于客戶僅用一個PCB開發一個模塊化和可擴展的平臺。

圖3. SPOC的系列方法。相對于其他集成解決方案，獨特的頗具價值的SPOC是模塊化系列，通過通道數和功能（例如LED模式）可以進行擴展。

·  高度集成：在一個封裝中5或6通道的集成和電流檢測復用器可以釋放板密度，并減少高復雜性平臺上通常要求的外部元件數量。與標準分立方案相比，SPOC架構能節省30%以上的線路板空間，有助于客戶減少模塊的總成本，因為它更少布線、更少PCB材料和更少的元件要處理。

·  SPI（串行外設接口）總線接口：SPOC采用一個8位SPI用于控制和診斷負載。PWM操作還可以通過SPI總線執行，以便減少I/O（輸入/輸出）微控制器的數量。這種方法在將來的平臺中尤其有效，可以集成越來越多以PWM模式來驅動的負載。在這種情況下，微控制器能根據I/O數迅速飽和。例如，相對于相同的分立方案，通過SPI執行PWM的6通道SPOC器件可以節省七個I/O和14個外部元件，從而使系統級的BOM（原材料成本）節省大約8歐分。SPI還提供了菊鏈能力以進一步節省I/O乃至模塊成本。

·  LED/燈泡模式配置：如上所述，在過渡到LED的過程中，絕大多數BCM都將有一個雙重燈泡/LED架構，只有某種車型或衍生產品將提供一定負載的LED。SPOC器件可以通過SPI實現LED/燈泡模式的可配置性，有助于客戶保持所有平臺的汽車衍生產品同樣的PCB和占位面積。在這類器件中，每個27W通道都可以進行獨立編程，以驅動LED串或一個標準燈泡。

當通過SPI開始LED模式時，以下參數將加以調整并優化LED：

·  更低的標稱負載電流能力：改善低負載電流的電流檢測精度

·  高轉換率：用于極快的診斷和快速PWM操作（高達400Hz）

·  低電流限制：減少過載狀況的峰值電流

圖4. 通過SPI進行SPOC負載類型配置。這個特點有助于用戶通過簡單的SPI命令，根據負載類型（燈泡或LED），通過調節關鍵參數來優化通道。

通過SPI進行SPOC負載類型配置：

·  故障安全操作：SPOC具有自我保護（Limp-home）引腳（LHI），可以喚醒該器件，并在沒有VDD電源條件下工作。因此，所有通道都可能通過專用輸入引腳激活。

SPOC系列獨特的可擴展性、其高度集成及其能力支持雙LED/燈泡架構，有助于客戶應對統一BCM的挑戰。今天主要汽車平臺已投入生產或成功地利用SPOC不斷增長。展望未來，英飛凌計劃通過推出針對前燈以及加熱和車身方便應用的新的創新集成功率開關，補充現有SPOC產品線。

除了SPOC，英飛凌還提供車身模塊所需的所關鍵構建模塊，如微控制器、分立式PROFET、CAN/LIN收發器、系統基礎芯片或多路高低側驅動器。

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