技术文章 | 适用于ADB前照灯的智能高分辨率LED光源

原文标题：Intelligent High Resolution LED Light Source for ADB Headlamp

原文作者：Li Xia1, Tu Yumeng1, Li Yuhu1, Stefan Groetsch2

1OSRAM Opt Semiconductors (China)Co.,Ltd, No.57 Xi Qin Road, Wuxi, JiangSu P.R.China

2OSRAM Opto Semiconductors GmbH, Leibnizstr. 4, D-93055 Regensburg, Germany

编译： 李奕帆 井硕

指导老师：林燕丹

前言

ADB 前照灯已经逐渐成为一种潮流，目前多安装在高中端汽车上，可以为驾驶员提供更舒适、更安全的驾驶体验。集成高分辨率LED芯片(1024像素)和电子驱动与逻辑单元的EVIYOS，能够为ADB的应用创建高分辨率的发光模式。在这篇文章中,将介绍一个由2pcs EVIYOS和1 pcs OSLON Black Flat S 5芯片组合而成的模块，以此实现满足ECE R123标准要求，并可在检测目标区域内提供2048像素的高分辨率(水平方向14°和垂直方向7°)功能，从而提高驾驶的舒适性和安全性。

1、介绍

ADB模型采用2pcs高分辨率智能LED光源(EVIYOS)用于检测目标，以及1pc OSLON Black Flat S 5芯片用于保证光线的水平分布。检测目标区域内的2048个像素可以单独寻址，以实现高性能的ADB功能。

2、智能LED像素阵列技术

EVIYOS是一种智能化LED高像素阵列，集成微结构LED芯片和智能硅驱动IC，在4mm x 4mm区域中实现1024个可单独寻址的LED像素点 (如图1所示) 。

图1：智能LED像素阵列技术

图2：集成CMOS LED驱动

3、光学设计

该ADB模型包括3个单独的光学单元。两个带有成像透镜的EVIYOS模块实现了具有高分辨率的目标检测功能，另一个模块由OSLON Black Flat S 5芯片组成，具有反射扩散功能。(如图3所示)。

图3：模块的光学系统

具有目标检测功能的 ADB模块由2个相同的成像透镜系统构成，每个透镜系统包含1 pc EVIYOS和3个成像透镜(如图4所示)。光学系统的光束角为±45°,效率是36.1%。通过运用2pcsEVIYOS，可进行高分辨率（2048像素）的目标检测。EVIYOS中每个LED像素包含一个CMOS驱动，可提供高达18mA的恒定电流(如图2所示)，每个LED像素在额定电流下的最小光通量为3lm。当所有像素都打开时，可达到3000lm的光通量。最大光强为78300cd。

图4:ADB 目标检测模块的成像透镜系统

另外一个模块由带有反射器的1pc OSLON Black Flat S 5芯片构成，以实现宽度方向±35°和高度方向14°的光分布。(图5) 最大光强可达到17800cd。

图5:模块的光学系统

由于EVIYOS分辨率高，模型可以实现ECE和SAE标准中近光灯、远光灯、恶劣天气模式、无眩光、甚至特殊符号等多种光线分布，适用于各种场景。(如图6.7.8所示)

图6:SAE近光灯模式

图7:远光灯模式

图8:驾驶引导线

4、散热设计

模型的散热系统包括PCB、散热器、风扇，以确保LED结温在最大额定值范围内（150℃）。

图9:散热系统示意图

在该模型中，热量主要来自LED，也就是2 pcs EVIYOS和1ps OBFS-5芯片。当1024像素都打开，标准电流占空比为100%时，1pc EVIYOS总功耗为40W。当然这是最坏的一种情况，虽然在实际情况下一般不会发生，但根据这种最坏的情况进行散热设计是很有必要的。因此，每个EVIYOS都有独立的PCB、散热器和风扇，以实现更好的散热性能。

OSLON Black Flat S 5芯片采用铝基板。EVIYOS和EVIYOS and OSLON Black Flat-S 5芯片都有通风风扇。散热器表面的P-Q值为0.4m³/Min，如图10所示。

图10:P-Q曲线

散热仿真结果说明，当环境温度是25℃时， 1024个像素全部打开且驱动电流为12mA情况下，EVOYOS最大Taj值为103.63℃。同时，驱动电流为1.5A时，OSLON Black Flat-S 5芯片的最大Taj值为87.68℃。(如图11所示)

5、电子系统设计

当EVIYOS的1024个像素全部被打开时，需要的总电流是11A(额定电流)。为了给2pcs EVIYOS提供足够的电流，模块的电源输出为3.8V，30A，以保证系统的稳定性。

在内部，EVIYOS被分为四个象限。每个象限有256个像素，并且有各自的通信接口，称为“SCI”(串行通信接口)。它由时钟(CLK)、数据输入(SI)和更新(UPD)信号组成。像素排列和SCI协议的细节如图12、13所示。除了SCI接口外，还有一个用于配置的I2C接口，如电流调节、温度监控等。

图12:像素排列及SCI协议

图13:SCI协议

对于每个象限，存储像素状态的寄存器(on/off)有264位，前256位表示256个像素的状态，其余8位用于数据完整性检查。因此，用32 MHz时钟频率的模型投影的一张图像的更新时间为8.3ms，即更新频率为1/8.3ms = 120Hz。在这种情况下，人眼将不会观察到闪烁。FPGA中的PWM调光概念示意图如下图14所示。

图14:PWM调光概念

6、总结与展望

EVIYOS作为一种高分辨率的有源像素矩阵LED阵列，能够在道路上提供高亮度，可以通过单独控制的1024像素实现光的数字化。在不久的将来，高分辨率ADB将成为最重要的前照灯系统。这种基于EVIYOS的系统不仅可以满足一定照度要求，还可以实现ADB/AFS概念，甚至是图像投影功能，显著提高驾驶员的安全性和驾驶舒适性。