【大联大品佳Microchip汽车LED大灯方案】评测报告

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白印琦

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发表于 2021-11-9 11:09:18

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各位社区的朋友们大家好！首先十分荣幸可以参加此次的汽车LED大灯模块测评，也十分感谢社区可以给我这次机会。那么我们长话短说，直接进入主题。我将从1、项目总体介绍，2、各模块介绍，3、实验测试，4、评测总结这四个方面开展这次的测评。

一、项目总体介绍：

1.1实物展示

首先展示一下LED大灯模块的实物图：

可以看到整个产品大体分为3各部分。

第一部分是绿色电路板，放置有MCU，MOS，MOS Driver等器件。

然后是右边白色电路板部分，放置有LED灯珠，包括近光灯、远光灯、日行灯以及位置灯。

最后是下方的蓝色PCB部分，是转向灯模块。

1.2方案优势介绍

针对LED智能照明解决方案，首先Microchip 的MCU PIC16F1779集成的独立于内核的智能外设CIP模块，它们通过配置组合而形成一个有机功能团，从而可实现开关电源环路控制、逻辑控制和对外数据交换通信等功能；其次是3线流水灯设计，相较于传统流水灯控制方案，节省了很多MCU引脚GPIO资源和CPU运算处理资源，流水效果和控制灵活性提升巨大，PCB铜线走线更简洁、大幅节省电线束成本和提高产品可靠性。相较于传统纯模拟或ASIC的方案，Microchip方案可显著提升灵活性，且电路简洁易开发。这类智能照明解决方案具备LED故障监测、过压/欠压/过流/超温保护，色温维持以及通信和控制等功能，因此广受电子工程师和市场欢迎。

PIC16F1779可独立控制多达四路LED通道，这是目前大多数LED驱动控制器所不具备的独特性能，驱动电压和电流可灵活调节，满足不同功率和光型的车灯开发应用，尤其适合用于组合式大灯/尾灯的解决方案。

SEPIC 拓扑的LED调光驱动器由单片机内部集成的多种CIP模拟外设组成，通过MPLAB X IDE中的MCC工具将这些模块配置连接起来，构成四个独立的LED调光驱动器。一旦配置完成，几乎不需要中央处理单元（CPU）干预即可自动运行控制开关模式电源转换器。这样就可释放更多CPU资源来执行其它重要任务，比如系统中的监控功能、通信功能或新增的智能功能。外部控制量也可通过MCU实时改变电源输出电压、电流等参数。

1.3软件技术要点

（1）数字抖频

抖频可用于优化EMC 特性，将开关时产生的EMI 发射能量分散到其它频率上去，从而降低EMI。

可以使用软件实现数字抖频，控制灵活且无硬件成本。

（2）可调PWM 频率

PWM 频率可软件调整，以选择合适的开关频率提高电源转换效率，也可避开某些EMI 频点。

（3）流水灯控制技术

转向灯珠全部串联，每个阴极连接点用独立模拟压控电路控制本节点的接地开关，随着灯串总电压的变化而自主识别判断要点亮的灯珠数量，总电流恒定，同时有电流检测回路，MCU 实时侦测灯珠电流以确保灯珠安全运行；如有意外过流事件，控制信号会立即切断灯串总开关。

（4）LIN 通讯

（5）硬件过压保护

使用MCU 内部DAC、比较器COMP 与互补波形发生器COG 实现可配置的硬件过压保护，当输出电压超过电压设定值时，比较器会直接关闭COG 输出实现硬件级的快速过压保护而无需MCU干预，零延迟响应，确保LED 免受过压击穿。

（6）欠压/过压警告，超温保护

（7）软起动功能

通过软件逐渐加大输出电压电流而实现软起动功能，避免LED 开通瞬间出现过压/过流的情况，同时避免对上一级车载电源的冲击。

1.4方案框图

1.5流水灯驱动器原理框图

这个流水灯的驱动方式也是我最感兴趣的，所有灯珠全部串联，因为LED的压降是一定的，所以需要多少灯珠，就提供多达电压。流水灯模块可以在硬件上识别到电压大小，从而决定开启哪一个LED的阴极，那么从电源到该阴极之间的灯珠都将被点亮。

1.6LED调光驱动器解决方案

1.7方案参数

PWM 频率：333KHz(250KHz~500KHz软件可调)

转换效率： 82%

超温保护：大于112.5℃，降额到80%，大于122.5℃，降额到70%。(软件可调)

LED故障检测：支持

LIN 通讯：支持(使用MCC生成代码)

开关控制：支持

数字抖频：支持(软件可调)

软启动：支持(软件可调)

输入防反接：支持

电流分辨率： 6.66666667mA(与LED电流采样电阻的取值有关，阻值大，分辨率高)

最大功率： 40W x 4通道

输入电压： DC 9V~24V

可调输出远光灯近光灯日行灯位置灯流水转向灯

过压保护(V)： 32.78 16.39 14.96 14.96 39.0

输出电压(V)： 26 13 12.8 12.8 7.35~38.50

输出电流(A)： 1 1 0.285 0.25 0.25

输出功率(W)： 26 13 3.648 3.2 3.2

二、各模块介绍

整个方案上的器件如下图所示：

（1）MCU：PIC16F1779T-E/MLVAO

（2）MOS Driver：MCP1416T-E/OTVAO

（3）LDO：MCP1799T-5002H/DBVAO

（4）UART转LIN：ATA663254-GAQW

（5）MOSFET：IRFH5406

（6）LED灯珠：KW H2L531.TE

接下来对各个器件模块进行逐一介绍。

2.1 MCU：PIC16F1779T-E/MLVAO

描述

PIC16(L)F1777/8/9 微控制器具有高度集成的智能模拟和数字外设，适用于各种应用，例如照明、电源、电池充电、电机控制和其他通用应用。这些器件提供多个运算放大器、5/10 位 DAC、高速比较器、10 位 ADC、10/16 位 PWM、可编程斜坡发生器 (PRG) 和其他可在内部连接以创建闭环的外设不使用引脚或印刷电路板 (PCB) 区域的系统。 10/16 位 PWM、数字信号调制器和三态输出运算放大器可以一起使用，为照明应用创建 LED 调光引擎。外设引脚选择 (PPS) 功能允许将数字外设引脚映射到 I/O，从而提供灵活性、简化 PCB 布局和外设利用率。

核心功能

• C 编译器优化的 RISC 架构

•只有 49 条指令

•运行速度：

- DC - 32 MHz 时钟输入

- 125 ns 最小指令周期

•中断能力

• 16 级深度硬件堆栈

•五个 8 位定时器

•三个 16 位定时器

•低电流上电复位 (POR)

•可配置的上电定时器 (PWRT)

•具有可选跳变点的欠压复位 (BOR)

•扩展看门狗定时器 (EWDT)：

- 低功耗 31 kHz WDT

- 软件可选预分频器

- 软件可选启用

记忆存储

•高达 28 KB 的程序闪存 (PFM)

•高达 2 KB 的数据 RAM

•直接、间接和相对寻址模式

•高耐久性闪存 (HEF)：

- 128B 非易失性数据存储

- 100K 擦除/写入周期

操作特性

•工作电压范围：

- 1.8V 至 3.6V(PIC16LF1777/8/9)

- 2.3V 至 5.5V(PIC16F1777/8/9)

•温度范围：

- 工业：-40°C 至 85°C

- 扩展：-40°C 至 125°C

2.2 MOS Driver：MCP1416T-E/OTVAO

一般性描述

MCP1415/16器件是高速双MOSFET驱动器，能够提供高达1.5A的峰值电流，同时从单个4.5V到18V电源工作。反相或非反相单通道输出直接由TTL或CMOS (3V到18V)逻辑控制。这些器件还具有低穿透电流，匹配的上升和下降时间，以及短的传播延迟，使它们成为高开关频率应用的理想选择。它们提供了足够低的阻抗在On和Off状态，以确保预期的状态MOSFET不受影响，即使是大的瞬态。这些设备在其额定功率和电压范围内的任何条件下都具有高度的抗闭锁性。当噪声(高达5V，任一极性)发生在接地引脚上时，它们不会受到损害。他们可以接受高达500毫安的反向电流被强迫回到他们的输出而不损坏或逻辑打乱。所有端子均具有2.0 kV (HBM)静电放电(ESD)保护300 v (MM)。

特性

峰值输出电流1.5A(典型)

工作范围:.4.5y至18V

输出级低击穿/交叉传导电流

高电容负载驱动能力- 470pf在13 ns(典型- 1000pf, 18 ns(典型)

短延迟时间:44 ns (to)， 47 ns (MCP1415 tpg)。54ns (MCP1416 tn2)(典型)

低Supoly电流-逻辑'1'输入-0.85 mA(典型)-逻辑'o'输入-0.1 mA(典型)

Iatch-up保护:承受500 mA

逻辑输入可承受负摆高达5V

应用范围

切换电源模式

脉冲变压器驱动

总线驱动

电平转换器

电机和电磁阀驱动

2.3 LDO：MCP1799T-5002H/DBVAO

描述

MCP1799 是一款高电压、低压差 (LDO)

稳压器，能够产生 80 mA 输出电流。

4.5V 至 45V 的输入电压范围使其非常适用于 12V 至 36V 电源轨和高压电池组。

MCP1799 有两种标准的固定输出电压版本：3.3V 和 5.0V。稳压器输出稳定，采用 1 μF 陶瓷电容器。该设备通过电流限制功能防止短路事件，并通过热保护防止过热

关机保护。

该器件本身具有典型的 45 μA 低接地电流，同时提供 80 mA 的最大输出电流。在没有负载的情况下，该器件的典型功耗为 25 μA。

特征

•具有 0 级和 PPAP 功能的 AEC-Q100

•宽输入电压范围：4.5V 至 45V

- 欠压锁定：2.8V 典型值

•扩展工作温度范围：-40°C 至+150°C

•标准输出稳压 (VR)：3.3V和 5.0V

- 公差 ±2%

•低静态电源电流：典型值为 25 μA

•输出电流能力：80 mA（典型值）

•使用 1 μF 陶瓷输出电容器时稳定

•短路保护

•热关断保护：

- +180°C 典型值

- 迟滞：22°C 典型值

•高 PSRR：

- 70dB@1kHz 典型值

•封装：SOT-23，SOT-223

应用

•汽车电子

•微控制器偏置

•无绳电动工具、家用电器

•电动自行车、无人机等

•烟雾探测器和其他警报传感器

2.4 UART转LIN：ATA663254-GAQW

首先要说明的是这个LIN芯片是没有贴的，但是外围电路和连线都是预留好的。不过对于我们公司来说，使用的还是以CAN总线为主，也希望今后有支持CAN总线的模块。

该芯片是具有兼容性封装的LIN总线芯片。

特征

●供电电压高达40V

●工作电压 VS = 5V 至 28V

●供电电流

●休眠模式：典型值为 9μA

●静音模式：典型值为 47μA

●低电源电压下的极低电流消耗 (2V < VS < 5.5V)：通常为 130μA

●线性低压降稳压器，85mA 电流能力；

● MLC（多层陶瓷）电容器，具有 0Ω ESR

●正常、故障安全和静音模式

● Atmel ATA663254：VCC = 5.0V ±2%

● Atmel ATA663231：VCC = 3.3V ±2%

●休眠模式：VCC 关闭

●主动模式

● Atmel ATA663203：VCC = 5.0V ±2%

● VCC 欠压检测，开漏复位输出（NRES，4ms 复位时间）

●稳压器具有短路和过温保护

● LIN 物理层符合 LIN 2.0、2.1、2.2、2.2A 和 SAEJ2602-2

●通过 LIN 总线的唤醒能力（以 100μs 为主）

●唤醒源识别

● TXD 超时定时器

●总线引脚对地和电池具有过热和短路保护

●先进的 EMC 和 ESD 性能

●满足 OEM“汽车应用中 LIN 的硬件要求

●符合 ISO7637 的干扰和损坏保护

●通过 AEC-Q100 认证

●封装：DFN8 带可湿侧翼（湿敏等级 1）

描述

Atmel® ATA6632xx 设备系列包括两种基本产品；LIN 系统基础芯片 (SBC) 和具有兼容封装的低压降稳压器。

Atmel ATA663231/54（系统基础芯片）是一款完全集成的 LIN 收发器，根据 LIN 规范 2.0、2.1、2.2、2.2A 和 SAEJ2602-2 设计，带有低压降稳压器（3.3V/5V/85mA ）。稳压器和总线收发器的结合使得在 LIN 总线系统中开发简单但功能强大的从节点成为可能。

Atmel ATA663231/54 旨在处理车辆（例如，便利电子设备）中的低速数据通信。 LIN 驱动器上改进的斜率控制可确保高达 20Kbaud 的安全数据通信。总线输出设计用于承受高电压。即使在浮动或短路 LIN 总线的情况下，睡眠模式和静音模式也能保证最小的电流消耗。

Atmel ATA663203（稳压器）是一款完全集成的低压降稳压器，具有 5V 输出电压和 85mA 电流能力。它专为汽车环境而设计。一个关键特性是电流消耗始终低于 170μA（无负载），即使电源电压低于稳压器的标称输出电压。

2.5LED灯珠：KW H2L531.TE

Oslon Black Flat 在输出和环境条件适应性方面能够满足广泛的要求。它提供均匀的光模式、热稳定性和高亮度。

应用：汽车头灯，弯灯，近光，远光灯，日间行车灯，雾灯，转弯灯

三、实验测试

3.1工作电流测试

该实验使用示波器及示波器专用电流探头进行操作，电流波形如下图：