LED驅動器

貿澤電子(Mouser)身為原廠授權代理商，致力於快速推出新產品與新技術，為客戶提供優勢，協助加快產品上市速度。貿澤受到超過800間半導體及電子元件製造商的信賴，幫助他們將新產品賣到全世界。貿澤只為客戶提供100%通過認證的原廠產品，且能完整追溯至產品的各個製造商。 貿澤在上個月發表超過416項新產品，且這些產品均可在訂單確認後當天出貨。 其中包含Texas Instruments MSP430FR600x超音波感測與測量SoC，是一款高整合度的超音波感測解決方案模組，其提供高準確度，可用於各種流速，執行超低功耗的量測作業；AVX電動車/油電混合車解決方案，適用於包括電源轉換、先進駕駛輔助系統 (ADAS)、照明、主動式車身控制和傳動系統；英飛凌感測器中樞Nano DPS310，適用於DPS310 XENSIV數位氣壓感測器的物聯網感測器開發平台，由XMC1100 32位元Arm Cortex-M0微控制器控制；Monolithic Power Systems MPQ3369-AEC1 WLED驅動器，內含六通道電流來源的升壓轉換器，專門設計用來驅動白光LED陣列，以提供小至中尺寸LCD面板內的背光照明。

羅姆(ROHM)針對日益普及的二輪/四輪車用LED尾燈(刹車燈、後尾燈)、霧燈、轉向燈等，研發出內建MOSFET的4通道線性LED驅動IC—BD183x7EFV-M(BD18337EFV-M/BD18347EFV-M)。 新產品採用ROHM熱分散電路和LED個別控制功能等兩項新技術，有助顯著減少LED燈的電路板面積和應用設計週期，將可成為以印度為主的海外二輪機車市場的良好解決方案。 在削減電路板面積方面，利用獨創熱分散電路，將過去各輸出通道所需的熱分散電路用引腳，減成只需一個，並透過小型16pin封裝，使4通道擁有更高輸出量(150mA/ch)。同時，當點亮規格相異的車電LED燈時，比起傳統需要二個LED驅動器，若採用LED個別控制功能，僅需一個驅動器即可驅動。 另外，在縮短應用設計週期方面，透過獨創熱分散電路，讓過去每個通道都需要的熱設計，如今僅需一次即可，有助於大幅減少設計工時。同時，利用LED個別控制功能，在發生異常時有兩種控制方式可選擇(統一OFF控制或個別OFF控制)，且支援世界各國的二輪機車牌照燈安全標準，因此易於在世界各國拓展機型。不僅如此，本次新產品還配備了可提高設計感的序列式點燈用個別調光功能、和保護LED驅動器及周邊電路等各種保護功能。

貿澤(Mouser)宣布將在該公司網站推出最新園藝應用網站，將為工程師提供設計資源，供其開發最先進的室內外植栽系統，並集中統合適合各種栽種系統的最新資源。 最新推出的園藝應用網站包含許多寶貴資源，適合對開發園藝和小規模農業系統有興趣的工程師。至於應用區段則提供園藝照明的概觀，包含附有建議元件的詳細系統圖。點按圖中的方塊可顯示適用的元件清單，包括LED和LED驅動器、耐熱基板和散熱器等。此區段亦包含多種顏色的園藝用LED燈，點擊即可連結至貿澤提供的對應產品。 精選產品區段將列出園藝系統內所用的LED、感測器和嵌入式解決方案等重要元件，當中的產品包含OSRAM Opto Semiconductors DURIS S 5園藝用LED、Bosch BME280溼度與壓力感測器、Microchip Technology AVR-IoT WG評估板及其他各類產品。 全新應用網站上的文章區段將包含以重要園藝主題為主的文章連結。針對解決方案的文章包括全面提升智慧農業，當中介紹採用Microchip Xplained電路板的感測器型監控平台，以及LED與Li-Fi點亮聯網照明系統的未來，探究LED和Li-Fi技術如何同時提供照明和資料傳輸。 資源區段內含供應商應用網頁、白皮書等內容的連結，能為工程師提供裝置選擇和其他園藝應用考量上的建議。

為了能以經濟、快速的方式進行LED驅動器NFC編程，英飛凌推出NLM0011和NLM0010產品。NFC編程是一項新興技術，旨在透過非接觸式NFC介面來取代勞力密集型「插入式電阻」電流設定方式。除了在生產線上實現自動編程，提高營運效率之外，它還能在價值鏈中創造極高的靈活性。透過上述方式減少了LED驅動器的種類，讓LED模組選擇更簡單，同時還可實現線路末端組態。 新款裝置為NFC無線配置IC，具有可設定的PWM輸出，主要用於LED應用。可直接利用PWM訊號控制類比驅動IC，從而實現經濟高效的NFC編程。相較於採用微控制器的解決方案，可降低系統BOM成本。 這兩款裝置皆具備無源與有源兩種運作模式。在無源模式中，LED驅動器模組未通電，透過 NFC介面對PWM相關參數進行無線配置。在有源模式中，一旦 VCC電壓供應通電，將會根據已儲存的參數產生 PWM 輸出。然後利用外部 R/C濾波器，將PWM訊號轉換為所需的直流電壓，用於控制LED驅動器的電流輸出。 NLM0011的另一項重要特色是內建恆定流明輸出(CLO)功能，透過自動調節 LED 電流，因應LED的老化特性，進而補償LED模組光通量的下降(老化效應)。利用內建的運作時間計數器(OTC)和CLO表中儲存的LED劣化曲線，NLM0011可自動調整PWM工作週期以補償LED劣化。 新裝置完美匹配主流的類比驅動IC，無需其他韌體開發作業，就能輕鬆兼容現有設計，取代「插入式電阻」電流配置方式。這些裝置也具備非揮發性記憶體 (NVM)，可儲存UID(唯一識別資料)以及20位元組的用戶資料。 該解決方案相容於現有類比LED驅動器設計以及Module-Driver Interface Special Interest Group (MD-SIG)的NFC編程規格。除了LED電源應用，NLM-PWM系列亦可用於馬達控制及SMPS等應用。

當時路上車輛較少、行車速度較慢，偶爾還須閃避馬和馬車，這種行車方式也還算過得去，但這些年來已進步許多，包括： ．車輛照明從煤油燈進化到白熾燈泡、發光二極體(LED)和有機LED(OLED)，提供了更可靠、更有效率的照明光源。    ．車輛為特定照明功能所安裝的照明光源數量也從單一燈泡增加為多像素化設計。                                                    ．可變照明讓駕駛能夠更有效地溝通想採取的動作，使整體行車變得更加安全。 ．外部照明可提供有型且符合個人化目的之功能與型式。                          ．電磁干擾(EMI)相容性。 ．故障偵測和防護。 ．電子照明控制模組可實現法規要求的訊號功能，並可提供傳統靜態以外的動態功能，包含個人化的歡迎駕駛訊息(例如迎賓燈)。 ．隨著後車燈系統越來越複雜，來自光學、機械、電子與製造領域的工程師在設計新系統時都面臨了新挑戰。 由於現代化的後車燈的解決方案，其他駕駛在各種環境下的行為變得更容易預測，也讓行車變得更安全。在此白皮書中，我們會將重點放在電子挑戰上，並研究可能的解決方案來加以克服。這些挑戰包括： ．更高的電源需求。 ．散熱管理。 ．電磁干擾(EMI)相容性。 ．故障偵測和防護。 在討論LED與電氣拓撲前，先來看看美國國家公路交通安全管理局和歐洲經濟委員會等主管機關，在法律上強制規定的各種訊號功能，如圖1所示。 圖1　後側照明系統元件 如圖1說明，汽車必須具備許多必要的後側訊號功能，這些功能都須要透過控制模組來執行。圖2是典型後側照明控制模組的配置圖，說明所有後側照明功能、電源供應器、通訊介面與LED驅動器子系統。 圖2　後側照明控制模組配置圖 後車燈LED基礎介紹 LED是啟動時會發光的P-N接面二極體。如同任何P-N接面二極體，LED是具備指數順向電流順向電壓(I-V)曲線的單向裝置，如圖3所示。 圖3　LED I-V曲線。 資料來源: http://lednique.com/current-voltage-relationships/ iv-curves/ 極端子間施加正極電壓，電流便會從陽極流至陰極，使LED發光。在陽極和陰極間施加的電壓稱為LED順向電壓，通常會在額定電流條件下進行測量。通過LED的順向電流越高，LED燈就越明亮，LED順向電壓也越高。不同顏色LED的順向電壓也不同。多數紅色和黃褐色LED的順向電壓為2V左右，白色LED的順向電壓則約是3V。 LED 照明光源優點 與白熾燈泡相比，LED的主要優點是其為較有效率的照明光源。照明光源的效率以每瓦特流明量來測量，代表每單位消耗電力的發光量。 一般來說，LED光源效率比白熾燈泡高出六倍(圖4)。 圖4　LED燈源與白熾燈泡的效率比較。 資料來源: https://commons.wikimedia.org/wiki/檔案：Electricity_use_by_lightbulb_type.svg LED不僅比傳統白熾燈泡有效率，燈泡壽命更是白熾燈泡的近42倍，並可輕鬆融入各種風格設計。傳統白熾燈每幾年就須更換，使用壽命通常只有1,200小時左右。LED的使用壽命可長至50,000小時以上，因此汽車LED燈不須更換即可提供比車輛整體更長的使用壽命。 從點式到表面式　LED車燈形狀多變 因為圓形燈殼的關係，傳統白熾燈有固定的形狀。LED照明光源的體積較小，代表汽車車燈形狀不一定需為傳統圓形。若使用多個LED，車燈設計就能有更多彈性，滿足各種實體設計需求；但在後車燈使用LED會以點狀視覺效果呈現。 由於LED燈輸出和照明方向十分容易控制，因此最新的後車燈運用多種光學方法，將點狀照明光源轉為表面式照明光源。 使用光導和擴散片是達成此轉換最常見的方法，但這種方法會降低光學效率，因此須採用高亮度LED或較多LED，以提升 LED亮度。 LED設計目標與挑戰 LED雖然有很多優點，但使其符合汽車規格的過程中也須面臨許多挑戰。汽車 LED 驅動器需求通常包含： ．廣泛的電壓範圍，必須兼顧9到16V、24V和40V情況。 ．操作環境溫度範圍需為-40℃~85℃。 ．產生動態車燈特性。 ．LED故障診斷。 ．電磁相容性(EMC)。 滿足汽車廣泛電壓範圍 LED驅動器設計必須能夠在汽車12V電瓶的廣泛電壓範圍中運作。在國際標準化組織(ISO)7637和ISO16750標準中，有說明LED驅動器必須承受的最常見汽車業12V電瓶電壓暫態要求。 汽車電瓶在正常運作情況下通常為9到16V。在此範圍中，照明輸出必須在所有溫度條件下符合所需法規要求。最近有一些車燈功能可在汽車電瓶電壓為6V時(車輛起止時的一般電壓)執行，例如方向燈。請注意，車輛起止時的啟動電壓分布會隨電瓶狀況和溫度而不同。當供應電壓低於6V時，後車燈通常不須保持運作狀態。但在室溫下進行跨接啟動時，電瓶電壓可上升至24V並維持一分鐘。 車燈功能必須能承受任何損害，並於恢復正常電壓時復原。當發生負載突降，電瓶會在交流發電機產生充電電流時中斷連接，其他負載則維持在交流發電機電路中。在此情況下，供應電壓在交流發電機受到抑制時最高可飆到36V並持續400ms。若發生負載突降，LED驅動器必須能夠於恢復正常電壓時復原。 散熱考量為基本要素 汽車應用必須能夠承受很大的溫度範圍。且車燈電路須在高達85℃的環境溫度下運作。此最高溫度包含因封閉燈自熱所造成的燈殼溫度上升。高環境溫度代表 LED後側燈面臨兩個挑戰：控制LED和 LED驅動器的接點溫度。 若接點溫度超過最高上限，就會使LED使用壽命大幅下降。若LED驅動器為定電流驅動器，公式1可根據環境溫度、熱電阻和功率消耗量，概略估計LED接點溫度的上升幅度，其中θja為封裝熱電阻，P為功率消耗。 T接點=T環境+θjaP     公式(1) LED驅動器也須處理熱考量。由於後車燈採用的定電流驅動器多為線性LED驅動器積體電路(IC)，公式2將驅動器的壓降乘上總電流，來估計LED驅動器IC的功率消耗。其中∆V是LED驅動器的電壓，I是LED順向電流。 P= ∆V*I    公式(2) 若輸入電壓為正常最大運作電壓(例如16V)，而輸出LED電壓為最小運作電壓(例如各具1.9V順向電壓的兩個LED)，最大環境溫度將會是85℃。一般線性LED驅動器在裝置中必須具備2W功率消耗，才能滿足汽車應用。透過公式1和2，即可利用θja估計最大LED電流。 獨立驅動LED像素實現彈性設計 動態後車燈可提供彈性的設計風格選擇，並提供迎賓訊息等個人化功能。隨著新車燈設計採用複雜動態，後車燈設計也從LED串列轉為獨立驅動LED像素。圖5說明從串列LED控制到獨立像素控制的轉換過程。 圖5　以單一LED驅動器控制LED串列與獨立控制各LED。 單一像素控制架構需要更精密的LED驅動與控制方式。目前多數後車燈皆採用微控制器通用輸入/輸出，或使用序列周邊介面或I2C等簡易介面，但如果車燈設計範圍包含整個車輛後側，簡單的介面架構可能無法滿足這類大型後車燈的需求。像素化LED控制可能需要更複雜的數位介面架構，如圖6所示。這些系統中的通訊介面必須符合EMC標準，並且不能產生通訊誤差。 圖6　像素化後側照明的數位介面LED驅動模組架構 LED故障診斷確保車燈運作正常 汽車車燈在使用壽命期間必須符合相關照明輸出規定。但LED也容易發生故障。雖然LED的預期使用壽命比車輛最高運作時數長出許多，但LED仍易受到隨機故障影響。80%的隨機LED故障為開路故障，另外不到20%為短路故障。 偵測傳統白熾燈泡型車燈故障十分容易，因為故障燈泡會整個熄滅。以LED為基礎的車燈在多個串列中使用多個LED，由於非故障的LED會繼續運作，因此並不容易偵測到單一LED開路故障或短路。 在單一LED串列中偵測LED開路相對較為簡單，單一LED短路則較不易判斷。以三串列LED為例。若發生單一LED短路，簡易LED驅動器並無法區別三串列LED與雙串列LED。由於法規要求車燈輸出的前200ms必須達特定亮度，因此在動態方向燈上偵測此類故障是非常重要的。只要發生一個LED短路，車燈便無法符合亮度要求，因此必須透過精密的故障偵測技術來達到「一組故障全部故障」效果。換句話說，只要單一LED故障就會讓整個車燈熄滅。 另外，現在許多車輛重新將後擋玻璃除霧器作為天線使用，或者在車頂另外使用獨立天線。為了避免與天線產生干擾，汽車後車燈的EMC要求非常嚴格。因此LED驅動器必須具備低放射與高抗擾性。在後側照明使用線性LED驅動器可簡化EMC後側照明設計。通常會以國際無線電干擾特別委員會(CISPR)25等排放標準，以及ISO 11452-5大電流注入標準等抗擾性標準來測試後車燈系統。 除此之外，後側照明LED驅動器拓撲為單級或雙級。圖7中的單級拓撲採用單一線性LED驅動器，圖8中的雙級拓撲則使用電壓穩壓器和LED驅動器。 圖7　單級LED驅動器 圖8　雙級LED驅動器 線性LED驅動器可能的電路拓撲為離散電路、電阻器與電晶體，如圖9所示。公式3為計算LED電流的方式： 圖9　離散LED驅動器 ILED = Vin–Vf(LED) 公式(3) 此電路雖然執行容易，但也有許多缺點。由於LED I-V特性和溫度變化，LED電流並不固定。此外，電路並無診斷功能。最後，管理電路中的熱能必須執行電阻器和電晶體並聯，將元件中的功率消耗隔離，避免單一元件因過熱而故障。 與離散LED驅動器相比，LED驅動器IC有許多優點。驅動器IC在任何輸入電壓下都可產生定電流，並可執行內部診斷以達「一組故障全部故障」效果。驅動器IC也會執行熱保護機制特性，當LED溫度超出特定限制，便會減少LED中的電流。減少LED電流會減少功率消耗，減緩接點溫度上升速度(參考公式1)，進而避免造成 LED損害。 後車燈通常採用線性LED驅動器，高電流應用有時則會使用單級切換LED驅動器。執行時EMC挑戰會增加，並且需要展頻等創新技術來減少放射。 兩種車燈調光方式 在須要進行尾燈或煞車燈調光的情況下，LED設計人員會採用兩種方式：類比調光和數位調光。類比調光可減少LED中的電流，進而減少光輸入，達到調光目的。數位調光(又稱為脈衝寬度調變(PWM)調光)利用PWM來進行LED驅動器輸出電流與零電流間的電流調變。因此會降低平均光輸出，產生經過調光的輸出。 類比調光可做為調光方式及提升設計同質性的方法，透過校驗各LED中的電流來達到一致光度。但由於LED是在額定電流下進行調光，減少驅動電流會減少LED 間的光度差異，因此會產生同質性的問題。低電流下的電流準確性對同質設計來說非常重要。大多數的類比調光比都會限制在20：1以下。 若為數位調光，PWM即使在低工作週期下都很準確。 光度不匹配的情況幾乎可忽略，因此非常適合高精度調光。數位調光必須具備PWM產生器，可獨立透過555定時器或微控制器來達成。動態車燈較常使用數位調光，因為較易以韌體進行控制。 後車燈照明未來演變 為了滿足市場對訊號、風格與個人化的進階需求，汽車後側照明系統已有大幅度演進。這些改變使系統變得更加複雜並需要LED驅動器，也為工程師帶來電子設計挑戰，包含： ．更高的電源需求。 ．散熱管理。 ．EMI相容性。 ．故障偵測和防護。 未來客製市場也會增加這方面的需求。此外在不遠的將來，路上交通將會混合自動車輛、傳統車輛與行人，此情況下更提升了汽車照明的重要性，後車燈市場並不會消失。 (本文作者為德州儀器車身電子元件與照明總經理)

新興的智慧照明與物聯網發展趨勢皆需要新一代的LED驅動器。英飛凌科技 (Infineon)旗下XDP LED系列新添XDPL8221產品，一款以先進功能提供具有成本效益的兩級驅動器。此裝置整合準諧振PFC與具有一次側調節電流/電壓/功率的準諧振返馳式控制器以及通訊介面。全方位可設定的保護機制可確保在各種使用案例中提供安全、可靠且強固的LED驅動器。 XDPL8221結合先進功能，例如提供以恆定電壓、恆定電流及限定功率作為可設定操作參數的多重控制，打造多功能的高效LED驅動器。XDPL8221的效能有助於設計更有效率的裝置。此驅動IC在額定輸入電壓範圍100~277VAC或127~430VAC區間支援交流(AC)與直流(DC)輸入的完整功能。其內建數位核心可依據實際情況，選擇最佳的操作模式，並可在準諧振、不連續導通或間歇模式之間進行切換。 含指令集的XDPL8221 UART介面可控制裝置的功能，並提供狀態資訊，實現數值交換的即時資料。此資料可用於監控或其他本機控制功能。新款驅動IC可調暗至低於1%而不發生閃爍，同時仍可以獲得高精度電流輸出。此晶片亦提供調至全暗(dim-to-off)的功能，可在燈光關閉的狀態下，以低待機功率(低於100mW，依據驅動器設計而定)，將裝置保持在待機模式。 XDPL8221可減少物料清單(BOM)與提供更高的設計彈性，大幅降低整體系統成本。其採用 DSO-16 封裝並有多種設計工具支援，可輕鬆進行設計，有助於加快設計週期及縮短產品上市時間。