1、前言

汽車技術(shù)正在經(jīng)歷重大變革。比如，電子元器件成就了自動(dòng)駕駛技術(shù)所需的安全功能和感應(yīng)功能，這是眾所周知的事實(shí)。

以前照燈和尾燈為代表的汽車外燈，也由傳統(tǒng)的燈泡型外燈發(fā)展為 LED（Light Emitting Diode，發(fā)光二極管）燈，光源技術(shù)正在取得長(zhǎng)足進(jìn)展。近年來，不僅讓 LED 發(fā)揮照明的功用，通過控制 LED 燈光來提高安全性的產(chǎn)品也在日益普及。此外，兩輪機(jī)動(dòng)車的技術(shù)和產(chǎn)品更新也是日新月異，并且與汽車一樣對(duì)品質(zhì)的要求非常高。

在這種背景下，ROHM 正在開發(fā)車載領(lǐng)域用的小型高可靠性 LED 以及控制 LED 燈亮必不可少的 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC，并提供適用于汽車照明的解決方案。在本文中，將介紹 ROHM 擁有的相關(guān)特色技術(shù)和產(chǎn)品。

2.  LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 的市場(chǎng)需求

2-1. 市場(chǎng)對(duì) LED 燈的需求

外燈由燈泡型發(fā)展為 LED 燈，使得光源可以變得更小、更薄，越來越多的制造商致力于開發(fā)具有出色設(shè)計(jì)靈活性的 LED 燈。

要想提高 LED 燈的設(shè)計(jì)靈活性，就需要提高 LED 的輸出功率，降低驅(qū)動(dòng) LED 的控制電路的功耗并實(shí)現(xiàn)小型化。另外，延長(zhǎng)使用壽命也非常必要。燈泡型外燈是以“達(dá)到一定壽命后可能會(huì)斷線并需要更換”為設(shè)計(jì)前提的；而 LED 燈通常是 LED 和控制電路一體化的模塊型產(chǎn)品，因此更換起來并不容易，故以“不會(huì)損壞”為設(shè)計(jì)前提，因此要求從元器件級(jí)別就必須確?？煽啃浴?/p>

對(duì)降低成本的要求也不容忽視。例如，在以兩輪機(jī)動(dòng)車為主要出行工具的東盟（ASEAN）和印度，兩輪機(jī)動(dòng)車的售價(jià)非常低廉。因此對(duì)每個(gè)模塊的成本要求也非常嚴(yán)格，即使是 LED 燈也毫無例外。

2-2. 電阻電路和 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 電路的區(qū)別

迄今為止，由于成本方面的優(yōu)勢(shì)，控制 LED 用的電路主要采用通過電阻來控制電流的電阻電路。由于電阻電路可以以類似于以往的燈泡型外燈同樣簡(jiǎn)單的構(gòu)造來使 LED 燈亮，因此成本很低。但是，存在諸如電路的熱損耗導(dǎo)致的效率下降、以及無法檢測(cè)出 LED 故障之類的問題。

而使用了近年來備受矚目的 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 的電路（以下稱“LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 電路”），具有可實(shí)現(xiàn)更低功耗、可通過內(nèi)置的保護(hù)功能檢測(cè) LED 故障以確?？煽啃缘葍?yōu)勢(shì)，但存在部件成本增加的問題。

下面具體說明它們之間的差異。

1  功耗方面

當(dāng)作為驅(qū)動(dòng)電路電源輸入的電池電壓上升時(shí)，電阻電路和 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 電路所控制的 LED 電流特性大不相同。電阻電路的情況下，LED 電流會(huì)隨著電池電壓的上升而增加。而 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 電路的情況下，即使電池電壓上升，也可以按照預(yù)先設(shè)置的電流值執(zhí)行恒流驅(qū)動(dòng)。例如，以電池電壓 13V 時(shí)的電流值為例，與電阻電路相比，LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 電路的功耗可減少 50%。由此可見，LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 電路在低功耗方面更具優(yōu)勢(shì)。(圖１)

圖１.　功耗方面的特性比較

2  可靠性方面

在可靠性方面，LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 電路也更具優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)閷?shí)際安裝的部件數(shù)量較少，故控制電路板中的部件故障可能性也更低。而且，針對(duì) LED 燈的開路和短路故障，LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 可以檢測(cè)出 LED 的異常并輸出異常信號(hào)以通知外部。這樣可以盡早發(fā)現(xiàn) LED 問題導(dǎo)致的 LED 燈亮度降低等不安全狀態(tài)，并可以盡早采取對(duì)策。

3  成本方面

在成本方面電阻電路更具優(yōu)勢(shì)。例如，在圖 1 中，假設(shè)驅(qū)動(dòng) 9 個(gè)（3 列 LED×3 段串聯(lián)，約 150mA/ 列）LED，此時(shí)，電阻電路中至少需要 10 枚 1W 的電阻器，而 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 電路僅需要約 4 枚 IC（具體數(shù)量因封裝而異）。電阻電路看似部件數(shù)量較多，成本也較高，但可以通過使用多個(gè)比 IC 便宜得多的大功率電阻器來降低成本。而在 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 電路中，需要控制燈亮的 LED 越多，所需的 IC 也就越多，與電阻電路相比，成本反而增加。

綜上所述，以往的電阻電路和 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 電路都只能滿足市場(chǎng)要求的“低功耗”、“高可靠性”、“低成本”中的一部分需求。未來要想進(jìn)一步普及 LED 燈，就需要針對(duì)這三項(xiàng)需求開發(fā)出三者兼顧的 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC。

3. ROHM 的新 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC

ROHM 不僅可以提供里程表指示燈光源用的 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC、CID(Center Information Display)和液晶儀表面板白色背光用的 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC，還可以提供用于前照燈和尾燈的 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC，擁有眾多控制汽車和兩輪機(jī)動(dòng)車中使用的各種 LED 的技術(shù)與產(chǎn)品。

針對(duì)前述的市場(chǎng)最新需求，ROHM 確立了一種新的控制方式“Energy Sharing”，可將功耗從 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 內(nèi)部分散到外部電阻，并開發(fā)出采用這種控制方式的 MOSFET 內(nèi)置型 4 通道線性 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC“BD183x7EFV-M”（BD18337EFV-M / BD18347EFV-M），適用于兩輪 / 四輪機(jī)動(dòng)車中應(yīng)用日益普及的 LED 燈（剎車燈、后尾燈、霧燈、轉(zhuǎn)向燈等）。

下面介紹一下“Energy Sharing”控制方式。

3-1. 降低 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 功耗時(shí)面臨的課題

首先，在圖 2 中給出了普通 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 的電路結(jié)構(gòu)及其特性示意圖。在 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 內(nèi)部有為 LED 提供電流的恒流電路，在 IC 的輸入端連接電池電源，在 IC 的輸出端連接 LED。當(dāng)與電池電源的輸入電壓相連接的電源 A 上升到一定程度時(shí)，LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 內(nèi)部的恒流電路可以恒定地輸出 LED 電流。因此，輸出引腳的電壓等同于所連接 LED 的正向電壓特性，是恒定的。

LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 的功耗為恒流電路輸入輸出間電壓差與 LED 電流的積，因此功耗隨著電池輸入電壓的上升而增加?？梢姡虢档?LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 的功耗，就需要降低恒流電路的輸入輸出間電壓差或 LED 電流。由于 LED 電流是根據(jù)客戶要求決定的，很難變更，所以 ROHM 開發(fā)出一種控制恒流電路的輸入輸出間電壓的方式。

圖 2. 普通 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 的電路結(jié)構(gòu)及其特性

3-2. 通過降低 IC 功耗來降低成本的“Energy Sharing”控制方式

接下來，圖 3 中給出了 ROHM 開發(fā)的新控制方式“Energy Sharing”的電路結(jié)構(gòu)，該控制方式通過降低 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 的功耗實(shí)現(xiàn)了更低成本。通過使部分 LED 電流分流至驅(qū)動(dòng)器 IC 外部的電阻 R，來控制恒流電路的輸入輸出間電壓，并抑制 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 的發(fā)熱量。通過新增的模塊來監(jiān)控輸出引腳電壓，將電源 A 的電壓控制為恒定電壓。流過電阻器的電流由電阻兩端產(chǎn)生的電池電壓和電源 A 電壓的電壓差（電池電壓－電源 A 電壓）、以及外置電阻 R 來表示。通過使電阻電流隨著電池電壓的增加而增加，來將電源 A 電壓控制為恒定電壓。利用這種控制方式，可使以往 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 本身消耗的功率大部分由外置電阻 R 消耗，從而使 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 的功耗比以往降低約 75%。這樣，這種由 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 和外置電阻 R 分別分擔(dān)功耗的結(jié)構(gòu)，使以往由 4 枚 IC 實(shí)現(xiàn)的功率僅由 1 枚 IC 和大功率電阻即可實(shí)現(xiàn)。

圖 3.　ROHM 的 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 電路結(jié)構(gòu)及其特性

搭載 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 新產(chǎn)品的電路成本雖略高于電阻電路，但與以往的 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 電路相比，成本可降低 40%左右。 除“低功耗”和“高可靠性”之外，通過與外置電阻相結(jié)合的方式，還可以實(shí)現(xiàn)電阻電路的“低成本”。ROHM 僅通過在以往 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 的輸入引腳端增加 1 個(gè)引腳，即可實(shí)現(xiàn)該功能。此外，還支持兩輪機(jī)動(dòng)車特有的開 / 關(guān)燈模式，大部分必要功能僅由 IC 即可滿足。

4.  適用于汽車的 ROHM LED

最后介紹一下 ROHM 的車載級(jí) LED 產(chǎn)品。

ROHM 自 1973 年開始生產(chǎn)炮彈型 LED 以來，在產(chǎn)品開發(fā)方面，已經(jīng)連續(xù) 45 年處于行業(yè)領(lǐng)先地位。ROHM 的最大優(yōu)勢(shì)在于，能夠進(jìn)行全面而嚴(yán)格的品質(zhì)管理并利用垂直統(tǒng)合型生產(chǎn)體制（從元件制造階段開始就嚴(yán)格貫徹產(chǎn)品理念）進(jìn)行獨(dú)有的產(chǎn)品開發(fā)。另外，能夠提供高品質(zhì)產(chǎn)品也是 ROHM 的優(yōu)勢(shì)之一。例如，ROHM 采用了在裝配工序易于制造的芯片設(shè)計(jì)，對(duì)超小型產(chǎn)品實(shí)施可追溯管理，按照車載級(jí)產(chǎn)品的品質(zhì)要求進(jìn)行流程管理等一系列確保高品質(zhì)的手段。

4-1. 儀表盤指示燈光源用 LED

近年來，越來越多的儀表盤指示燈光源開始采用小型 LED。但是，為了適應(yīng)汽車嚴(yán)苛的溫度環(huán)境，一般會(huì)設(shè)置一個(gè)空間來避免遮光壁和 PCB 板接觸，LED 的光線從這個(gè)空間向相鄰部位“漏光”一直是亟需解決的課題。另外，隨著 LED 在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在使用環(huán)境嚴(yán)苛的汽車領(lǐng)域，需要的是對(duì)于環(huán)境應(yīng)力導(dǎo)致的經(jīng)年老化已經(jīng)采取對(duì)策、并具有高度可靠性的產(chǎn)品。

在這種背景下，ROHM 面向可能在嚴(yán)苛環(huán)境下使用的汽車儀表盤指示燈光源，開發(fā)出小型、高輸出的透鏡型表面貼裝 LED“CSL0901/0902 系列”。將光源的位置提高到 0.49mm，解決了漏光問題。這使得小型 LED 能夠得以采用，與以往的反射式 LED 相比，體積僅為 1/18，從而有助于節(jié)省應(yīng)用的空間。另外，通過采用 ROHM 新開發(fā)的模塑樹脂，使得即使是短波長(zhǎng)高亮度產(chǎn)品，也成功改善了高溫通電時(shí)的光衰問題。比如在藍(lán)色 LED 的高溫通電加速度試驗(yàn)（Ta=85℃、IF=20ｍA、通電 1000Hr）中，與以往產(chǎn)品相比，光通量改善了約 80%。不僅如此，還提高了抗硫化性能，以防止車載應(yīng)用中的經(jīng)年老化原因之一 ---- 硫化問題。

4-2. 車內(nèi)照明光源用 LED

隨著目標(biāo)應(yīng)用的多功能化，包括儀表盤在內(nèi)的車內(nèi)設(shè)備中，對(duì)于照亮圖標(biāo)顯示、汽車導(dǎo)航等所有面板的照明光源用 LED 的小型化要求也越來越高。

針對(duì)這種市場(chǎng)需求，ROHM 通過改善封裝形狀、反射器材質(zhì)、元件及表面鍍層等，來推進(jìn)小型高亮度 LED 的開發(fā)。此外還通過精細(xì)調(diào)整元件和熒光體，顯著改善了色度的不均衡問題。通過這些努力，ROHM 實(shí)現(xiàn)了雖為 1608 尺寸的小型封裝卻具有與以往大型封裝同等亮度的產(chǎn)品。

圖 4. 車外照明光源 LED 的發(fā)展趨勢(shì)

4-3. 車外照明光源用 LED

從設(shè)計(jì)靈活性的角度來看，車外照明光源中不僅要求 LED 的小型化和薄型化，為了減少搭載數(shù)量，對(duì)大功率 LED 的需求也逐年增加。另外，汽車用剎車燈等通常會(huì)在惡劣的環(huán)境下使用，為了確?？煽啃裕仨毑扇】沽蚧胧?。因此，ROHM 目前正在推進(jìn)開發(fā)既能保持高亮度又具有出色的抗硫化性能的大功率 LED 產(chǎn)品。這些產(chǎn)品與前述的 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 相結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)適用于車外燈的性能。

5.  未來發(fā)展方向

一直以來，ROHM 始終堅(jiān)持“品質(zhì)第一”的企業(yè)宗旨，開發(fā)適用于汽車照明的先進(jìn)產(chǎn)品。本文從 ROHM 豐富的產(chǎn)品陣容中，選取并介紹了獨(dú)具特色的兩類產(chǎn)品，包括兼顧三大市場(chǎng)需求的 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 和實(shí)現(xiàn)了小型高可靠性的 LED。

未來，隨著自動(dòng)駕駛的普及，汽車照明不僅僅擔(dān)負(fù)著夜間照亮前方和剎車時(shí)提醒后方的作用，還有可能承擔(dān)起向外部通知車輛狀態(tài)等信息的作用。因此，LED 需要提高輸出功率，而 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 需要能夠支持動(dòng)態(tài)控制光源并將信息傳遞給外部的控制方式。ROHM 希望通過迅速捕捉這些市場(chǎng)變化，繼續(xù)提供滿足客戶和社會(huì)需求的產(chǎn)品。