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车载LED驱动器需要特色化打磨,ROHM推出欠压时安全亮灯的单芯片方案

车载LED驱动器IC市场竞争十分激烈,厂商的核心竞争力体现在产品的特色,即在满足基本功能要求的基础上,实现差别化的设计。

例如,近日,车载LED驱动器大厂ROHM(罗姆)面向汽车DRL(日间行车灯)、位置灯及尾灯等众多插座型LED灯,推出业界首创的LED驱动器“BD18336NUF-M”,特点是当车载电池欠压时,仅1枚芯片即可实现安全亮灯,有助于DRL和位置灯用的最新插座型LED灯的小型化。

那么,该产品是如何实现这一功能的?车载LED驱动器的特点是什么?罗姆半导体(上海)有限公司技术中心产品应用经理葛家明先生向电子产品世界等媒体做了详细介绍。

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罗姆半导体(上海)有限公司 技术中心 产品应用经理 葛家明

1 BD18336NUF-M的特色分析

当前,可维护的超小型插座型LED灯很受欢迎,ROHM此次发布的新产品“BD18336NUF-M”就是驱动这类LED灯的驱动器。具体工作特点是:当电池电压从13V降至9V时,利用新搭载的欠压时电流旁路功能,通过切换LED电流路径来防止灯灭,能够始终保持30%以上的亮度。另外,以3.0mm见方的超小型封装实现了600mA的高输出。

与以往产品相比,①包括外围电路在内的新方案的安装面积减少约30%,可安装于超小型插座型LED灯要求的10mm见方的电路板中。②使用以往产品如果不配置外围电路,当电池欠压时,LED灯就会熄灭,对周围环境造成安全隐患,而新产品仅凭1枚芯片即可助力插座型LED灯实现安全亮灯和小型化。③为了支持温度容易升高的高亮度白色LED,新产品还内置了抑制LED发热量的功能,从而能够适用于使用白色LED的DRL。

新产品已于2019年12月开始出售样品,计划于2020年7月开始暂以月产40万个的规模投入量产。该芯片的前工序是在日本,后工序是在罗姆的菲律宾工厂。

1.1 新的插座型LED灯及电路板

由于LED灯本身的长寿命并且高密度安装的特点,目前在车灯领域应用非常迅速。不过,以往的产品设计可以实现更复杂的性能要求,但是可维护性有所欠缺。具体如图1左侧可见,以往的方案是在电路板上可以大量地安装元器件,以实现车载LED灯的多样化设计以及更高性能的要求。但是客户已经不满足于这样的现状,对于可维护性方面的要求也日益出现,像灯泡一样可以容易更换的插座型LED灯开始登场,如图1右所示。

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图1

1.2 插座型LED灯的不足及解决策略

不过,插座型LED灯面临的两大课题,首先是由于插座型本身的体积限制,会造成客户设计时的灵活性受限。其次是由于电路板的面积非常小,因此无法容纳足够多的元器件,致使在电池电压欠压的时候,LED灯会熄灭,这样对周围的行车安全还是造成了相当的隐患。

针对这样的课题,ROHM推出了超小型高输出的线性LED驱动器IC,也就是本次的新产品BD18336NUF-M。随着此次新产品的推出,“预计在世界范围内的车灯厂家都会开始普及这样一个设计。”葛家明称。

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图2

它的主要功能如图2红色字所示,①在车载电池欠压时的电流旁路功能;②输出电流的降额功能。

1.3 两个主要功能的原理

1)电流旁路

此次发布的新产品的特点,首先通过该单芯片的方案可以实现车载电池欠压时的安全亮灯。图3是工作示意图,可以通过外围3枚电阻去配置之后,监测电池电压。当电池电压在13V等正常工作的状态下,恒流的LED驱动器BD18336NUF-M可以正常地输出电流,去保证负载——3颗LED灯的点亮。但是当车载电池电压向下跌落,例如在9V以下的欠压状态的时候,由于该芯片内部搭载欠压时的电流旁路的功能,可以去旁路负载中最下面一颗LED,保证剩余2颗LED灯以客户期望的亮度实现点亮状态;并且从电池电压充分时的3颗灯点灯,到欠压状态下2颗灯的切换是平滑平稳的一个过程,不会出现灯闪的现象。这有助于客户的新型插座型LED灯的安全设计以及小型化的要求。

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图3 欠压时的电流旁路功能

图4是LED亮灯情况的具体解释,以往产品的话,如果是驱动3颗LED,考虑到3颗LED开启了压降差不多是9V,当电池电压在9V以下到6V欠压时候,是无法开启3颗LED的,会出现灯灭的安全隐患。搭载了本次的新产品后,在欠压9V-6V的工作区间以内,保证两颗灯的LED点亮,最终可以保证插座型LED灯模组的30%以上亮度的安全要求。

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图4 相比以往产品的亮灯示意图

电流旁路功能可参考图5右,红色的电流曲线是在车载电池减电时的一个电流曲线。可以看到当电池电压从正常的13V工况向6V跌落的过程中,新芯片内置的电流旁路的电路开始启动,并且可以通过外围电阻来配置其工作范围,这样可以看到,减电时的红色电路曲线是在线性的上升过程中,也就意味着外围被旁路的LED3会出现逐渐熄灭的状态。最终当电池电压跌落到6V时,仍然可以保证2颗LED灯亮。

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图5 电流旁路的工作效果

2)白光LED——过温降额功能

本次新产品BD18336NUF-M除了传统的黄光和红光以外,也对白光的应用做了充分的考虑,这样使它适合应用于包含高亮度的白光LED在内的所有的LED灯色。

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图6

众所周知,白光LED的功率相对较大,会有温升的情况,该芯片内部已经搭载了1个过温降额的功能,可以仅仅通过客户在外围配置1颗热敏电阻器,就可以使得输出的电流实现降额的功能。例如100kΩ的热敏电阻器,可以在110℃左右开始降额;47kΩ的热敏电阻可以在85℃的温度开始实现电流降额,这就大大扩展了产品的应用范围——除了传统的红光和黄光等尾灯和位置灯的应用之外,也可以用在日行灯以及雾灯等白光LED的应用场合。

3)相关问题

插座型LED灯的成本是不是比以前更高?制造难度更大?葛家明经理指出,插座型LED灯的制造难度,相对PCB板,其实并没有太大差异。

安装插座型LED灯的PCB板减少了,那么PCB的设计还是同原有一样吗?实际上,常规的设计客户可以用普通的环氧树脂FR4的板子,或者是考虑到散热,增加一些散热器的设计要求,可以搭载一些陶器板的设计,这样都是可以的。

供应和现场工程师服务是否会受疫情的影响?“这一点请不要担心,目前我们供货还是比较正常的。现场工程师的服务,考虑到目前的现状,ROHM和客户的一个支持基本上还是通过以线上为主。下一步还要看后面疫情发展控制的情况。”葛家明经理称。

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