汽車前照燈利器：NCV78723高效降壓雙路LED驅(qū)動芯片解析

在汽車電子領(lǐng)域，前照燈系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。而 onsemi 推出的 NCV78723 高效降壓雙路 LED 驅(qū)動芯片，憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了汽車前照燈設(shè)計的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這款芯片。

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芯片概述

NCV78723 是一款專為汽車前照燈應(yīng)用設(shè)計的單芯片高效降壓雙路 LED 驅(qū)動芯片。它適用于遠(yuǎn)光燈、近光燈、日間行車燈（DRL）、轉(zhuǎn)向指示燈、霧燈、靜態(tài)轉(zhuǎn)彎燈等多種場景。該芯片特別針對高電流 LED 設(shè)計，能夠提供完整的解決方案，驅(qū)動兩路最高 60V 的 LED 串。它包含兩個獨立的 LED 串電流調(diào)節(jié)器，并具備汽車前照燈所需的診斷功能，同時所需的外部組件極少，無需外部感測電阻即可實現(xiàn)降壓電流調(diào)節(jié)。此外，每個 LED 串的輸出電流和電壓都可以定制。如果一個模塊需要超過兩路 LED 通道，還可以將多個 NCV78723 芯片組合使用，也可以與 NCV78713（NCV78723 的衍生產(chǎn)品，單路降壓 LED 驅(qū)動）搭配使用。通過 SPI 可編程性，單一的硬件配置可以支持各種應(yīng)用平臺。

芯片特性

單芯片設(shè)計

采用降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠驅(qū)動兩路最高 60V 的 LED 串，每路輸出的高電流能力可達(dá) 1.6A DC，整體效率高，所需外部組件最少。同時，芯片集成了高精度電流感測和開關(guān)模式降壓電流調(diào)節(jié)器。

電氣特性優(yōu)異

在電氣特性方面，芯片在不同的電壓和電流條件下都有明確的參數(shù)范圍。例如，VDD 電流消耗最大為 6mA，POR 3V_H 范圍在 2.7 - 3.05V 等。這些參數(shù)保證了芯片在各種環(huán)境下的穩(wěn)定運行。

良好的熱性能

熱阻方面，QFN24 5x5 封裝的芯片，熱阻結(jié)到外露焊盤典型值為 5°C/W，這有助于芯片在工作過程中有效地散熱，保證其穩(wěn)定性和可靠性。

工作原理

供電概念

芯片需要兩路供電，分別是低電壓 VDD 邏輯供電和高電壓 VBOOST 為降壓調(diào)節(jié)器提供能量。VDD 由專用電壓調(diào)節(jié)器或 NCV78702/NCV78703 的 VDD 引腳提供，POR 電路會監(jiān)測 VDD 電壓和 RSTB 引腳來控制復(fù)位狀態(tài)。VBOOST 由升壓芯片提供，VINBCKx 引腳需通過低阻抗走線連接到該電源，以確保降壓性能良好。VBOOSTM3V 是降壓調(diào)節(jié)器集成的高端 P - MOSFET 開關(guān)的柵極驅(qū)動的高端輔助電源，直接從 VBOOST 引腳獲取能量。

內(nèi)部時鐘生成

內(nèi)部 RC 時鐘 OSC10M 用于運行芯片中的所有數(shù)字功能，其精度在出廠前進(jìn)行了調(diào)試，在全工作條件下有保證，且與外部組件選擇無關(guān)。

降壓調(diào)節(jié)器

芯片包含兩個高電流集成降壓電流調(diào)節(jié)器，為 LED 串供電。每個降壓調(diào)節(jié)器通過控制電感峰值電流（IBUCKpeak）和采用恒定紋波（IBUCKpkpk）控制電路，確保 LED 串中的平均電流穩(wěn)定，不受串電壓的影響。平均電流公式為：$I{BUCK {AVG }}=I{BUCK }-frac{Delta I{BUCK }}{2}$ 。其中，$I{BUCKpeak}$ 可通過內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程設(shè)置，紋波電流 $Delta I{BUCK }=frac{T{OFF } cdotleft(V{LED }+V{DIODE }right)}{L{BUCK }}$ ，TOFF 可通過 SPI 編程，從而使降壓開關(guān)頻率與升壓電壓和 LED 電壓相關(guān)。

補(bǔ)償機(jī)制

• 偏移補(bǔ)償：N78723 - 2 設(shè)備具有峰值電流偏移補(bǔ)償功能，可通過相應(yīng)的 SPI 位禁用。啟用時，偏移在每個降壓周期內(nèi)改變極性，以最小化對峰值電流的平均影響。
• 電流精度補(bǔ)償：為確保降壓電流精度，制造過程中提供了一組常量。通過不同的設(shè)置，可以在不同的溫度范圍內(nèi)達(dá)到不同的精度要求，如 ±8%、±6%、±3% 等。

調(diào)光功能

芯片支持模擬和數(shù)字調(diào)光（PWM 調(diào)光）。PWM 調(diào)光通過 LEDCTRLx 輸入進(jìn)行外部控制，LED 電流波形頻率恒定，占空比根據(jù)所需光強(qiáng)度設(shè)置。為避免拍頻效應(yīng)，調(diào)光頻率通常應(yīng)設(shè)置在 300Hz 以上。

ADC 功能

內(nèi)置的 8 位逐次逼近寄存器（SAR）ADC 可對 VBOOST、VDD、VLED1、VLED2、VTEMP 等進(jìn)行測量，并將轉(zhuǎn)換后的值存儲在內(nèi)存中。外部 MCU 可通過 SPI 接口讀取這些值，以做出應(yīng)用特定的決策。

診斷功能

芯片具備多種診斷功能，包括熱警告、熱關(guān)斷、SPI 錯誤、LED 串開路和短路檢測、過流保護(hù)等。這些功能可以及時發(fā)現(xiàn)和處理各種異常情況，保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。

熱警告

當(dāng) VTEMP[7:0] 上升到或超過 THERMAL_WARNING_THR[7:0] 閾值時，熱警告標(biāo)志（TW）會被設(shè)置。此時，可通過降低輸出調(diào)光占空比來防止過熱。

熱關(guān)斷

當(dāng)芯片溫度過高時，熱關(guān)斷機(jī)制會禁用兩個降壓通道，以保護(hù)芯片免受損壞。當(dāng)溫度下降到熱警告水平以下時，輸出可根據(jù)設(shè)置自動或通過外部信號重新啟用。

其他診斷

SPI 錯誤會設(shè)置 SPIERR 位；LED 串開路和短路檢測分別通過 OPENLEDx 和 SHORTLEDx 標(biāo)志進(jìn)行指示；過流保護(hù)會在檢測到過流時設(shè)置 OCLEDx 標(biāo)志并禁用相關(guān)降壓通道。

功能模式

復(fù)位

異步復(fù)位可由 POR 或 RSTB 引腳的下降沿觸發(fā)。

初始化和正常模式

正常模式在初始化狀態(tài)后經(jīng)過 150μs 進(jìn)入，初始化狀態(tài)會進(jìn)行 OTP 刷新。

FSO/獨立模式

FSO（故障安全操作）/獨立模式有兩個主要用途：一是作為芯片的默認(rèn)上電操作，在沒有外部微控制器的情況下實現(xiàn)獨立功能，或在微控制器發(fā)送 SPI 命令之前預(yù)加載寄存器的默認(rèn)內(nèi)容；二是在外部微控制器功能不可靠時提供故障安全功能。該模式根據(jù) FSO_MD[2:0] 寄存器的值進(jìn)行控制，進(jìn)入該模式后，部分 SPI 寄存器會從 OTP 內(nèi)存中預(yù)加載內(nèi)容。

SPI 接口

通信原理

SPI 接口用于外部微控制器與芯片進(jìn)行通信，芯片作為從設(shè)備，不能發(fā)起傳輸。SPI 傳輸大小為 16 位，數(shù)據(jù)在 SCLK 時鐘信號的控制下，在 SDO 和 SDI 線上同時進(jìn)行發(fā)送和接收。CSB 線用于選擇芯片，低電平有效。

連接方式

支持星型連接和菊花鏈連接。星型連接需要 (3 + N) 條總線，SPI 幀長度為 16 位；菊花鏈連接總線寬度始終為四條線，但 SPI 傳輸幀長度是 16 位的倍數(shù)。

傳輸格式

SPI 命令分為寫控制寄存器和讀寄存器（控制或狀態(tài)）兩種類型。寫操作和讀操作的幀協(xié)議都包含特定的字段，如命令位、地址字段、奇偶校驗位和數(shù)據(jù)字段等。

錯誤處理

SPI 通信可能會出現(xiàn)幀錯誤和奇偶校驗錯誤，一旦發(fā)生錯誤， 標(biāo)志會被設(shè)置，只有通過讀取包含該標(biāo)志的狀態(tài)寄存器才能將其復(fù)位。

OTP 內(nèi)存

功能概述

OTP 內(nèi)存包含 40 位，用于存儲與應(yīng)用相關(guān)的重要參數(shù)，可通過 SPI 接口進(jìn)行用戶編程。編程通常在模塊制造線的末尾進(jìn)行，OTP 位只能編程一次，通過 OTP 鎖定位確保。

操作類型

支持 OTP 刷新（OTP_OPERATION[1:0] = 0x1）、OTP 編程（OTP_OPERATION[1:0] = 0x2）和無操作（OTP_OPERATION[1:0] = 0x0 或 0x3）三種操作。

編程和驗證

編程時，VBOOST 電壓需在 15V - 20V 之間，電流能力至少為 50mA，VDD 電壓需保持在正常工作范圍內(nèi)，結(jié)溫需在 0°C - 125°C 之間。編程完成后，可通過設(shè)置 OTP_BIAS_H 和 OTP_BIAS_L 寄存器并進(jìn)行 OTP 刷新操作來驗證編程內(nèi)容。

總結(jié)

NCV78723 芯片以其豐富的功能、優(yōu)異的性能和靈活的配置，為汽車前照燈設(shè)計提供了一個全面的解決方案。無論是在電流調(diào)節(jié)、調(diào)光控制還是診斷保護(hù)方面，都表現(xiàn)出色。作為電子工程師，在進(jìn)行汽車前照燈系統(tǒng)設(shè)計時，NCV78723 無疑是一個值得考慮的選擇。你在實際應(yīng)用中是否使用過類似的芯片呢？遇到過哪些問題？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。