汽车的LED前灯需要精确的强度控制寿命和温度。汽车前灯控制电平通常需要多个嵌套闭合控制环以补偿环境温度变化和LED老化。控制参数包括LED电流和正向偏置电压。使用光学传感器创建闭合反馈回路将简化大部分反馈回路控制电路。但是，选择最能符合此应用的汽车合格的光学设备，从数百个不琐碎。
本文推荐使用集成光传感器，包括跨阻抗放大器和输出晶体管与光电二极管在一个单一的封装。由于集成传感器将光电二极管和电子器件封装在同一个芯片上，因此与离散电路相比，具有更低的噪声和更好的EMC保护。此外，它还具有线性度高、温度系数低的特点，从而消除了当前闭环控制设计的复杂性。Melexis的汽车级光频传感器SensorEyeC (MLX75304)就是这样一个接近的传感器。
如图所示图1SensorEyeC是一种集成光传感器，包括光电二极管，跨阻抗放大器和输出晶体管在一个芯片上，以最大限度地减少使用外部离散元件。它具有全温度范围内的线性度和光范围偏差小于+/- 2%。温度系数(TC)在+85°C以下的操作是-0.2%/°C (图2)．对于更高的工作温度高达+125°C, TC保持在+2%/°C。
作为AEC-Q100一级汽车认证的一部分，SensorEyeC系列的使用寿命超过10万小时。标准的复合开放腔包装是非常坚固的，已证实的记录超过2000万件的出货量。该传感器兼容拾取-放置和260°C回流焊接，以优化生产成本。与硅的温度系数匹配良好，避免了热应力的产生。
事实上，SensorEyeC系列的包装是独一无二的(图3)．在这种封装类型中，光电二极管暴露在环境中，而键合线和所有其他传感器电子都是压模的，因此得到很好的保护。一个特殊的钝化层保护芯片的程度，以通过所有汽车资格测试。玻璃盖的早期试验得出的结论是，玻璃盖带来的问题比解决的问题要多。此外，将光电二极管暴露在环境中，可以避免灵敏度损失、反射、折射、可能的玻璃雾化和提高产率。
采用单片机闭环控制
该MLX75304具有方波50%占空比频率输出，结合高精度和直接低成本的微控制器接口。传感器的输出可以直接连接到微控制器的定时器输入或微控制器的计数器输入。对于强光条件，传感器输出直接连接到单片机的定时器输入。两个连续上升或下降的边之间经过的时间是光的频率和强度的直接度量。
当传感器上没有光输入时，输出频率降至10hz范围以下，可能导致16位定时器溢出。因此，计数器输入检测是否检测到上升或下降边缘。如果需要，计数器输入能够给出一个精确的微光值读数。
无微控制器闭环控制
MLX75305光电压输出随入射光强度线性变化。对于闭环应用，当MLX75305的输出随光增加时，负反馈需要输出电压的符号反转。这可以通过外部pnp晶体管或PMOS实现。图4显示了低电流应用(没有LED驱动器)的反馈回路。在本文的后面，我们将使用MLX10803 LED驱动程序扩展该电路，用于大电流应用，如LED大灯。
该电路将导致LED电流调节到稳定的值。当MLX75305上的LED灯增加时，MLX75305（VOUT）的输出电压也增加。这减少了PNP LED电流（IOUT）。在VOUT和IOUT的交叉上会出现一个稳定的状态。
Vout≈VDD - Iout×R1 - PMOS的阈值电压
Case1:当没有光时，Vout将为0。这将PMOS完全打开，从而增加LED电流Iout并产生更多的光。因此，Vout将开始上升。
案例2：如果LED完全“开启”，则VOUT将以满量的方式，转动PMOS“OFF”，阻止LED电流IOUT。
在稳态，系统将使LED电流调节到稳定位置，具体取决于无源元件的值。
C1为VDD的解耦电容。R2是MLX75305的下拉电阻。
R1用于改变LED发出的电平调节:增加R1为低电平，减少R1为高电平。当改变R1时，请确保提供足够的电压空间，以允许LED和PMOS正常工作。R1应该是一个低TC的精密电阻，因为它定义了调节系统的光输出值。
R3设置LED保护的最大电流。当施加较大的LED电流时，R3上的电压降将限制LED的最大电流。注:由于R3包含在闭环中，它的值不会改变系统的增益，也不会改变回路的安定点。
产品R3 *（C2 + C3）确定主导系统极，因此它设置了系统的最大工作频率或调节速度。C2和C3电容器定义系统响应速度和系统稳定性。两个电容器并联使用，以在更宽的频率范围内具有良好的响应。更大的R3 *（C2 + C3）使系统较慢，但更稳定。根据系统细节，必须选择适当的R和C值。可以修改这些组件的值以根据不同的应用稳定循环。
用其他器件取代晶体管和LED取决于用户的应用。晶体管:PMOS，功率晶体管和达林顿对都是可选的。如果使用不同的晶体管或LED类型，总是检查流过的电流，并选择正确的R3和R1值，以确保晶体管将正常工作。还应该选择C2和C3值，以确保系统的稳定性。
MLX75305需要5伏电源输入。与附加电阻和4.7 V齐纳二极管连接到VDD, MLX75305可以直接连接到V电池。
对于高电流LED应用，建议使用MLX10803 LED驱动器如图所示图5．
在该示例中，考虑了更高电流LED驱动器的要求。红色盒子外的电路图5是MLX10803(高功率LED驱动器)的标准实现。这里的基本工作原理是，LED是由开关模式电源驱动，使用电感作为储能元件。此外，对于热考虑至关重要的应用，PTC和NTC电阻分别连接到REF1和REF2，用于LED输出的温度补偿。
MLX75305 light -to- voltage SensorEyeC的电压输出，与光强度成正比，通过PNP双极晶体管(T1)反向到MLX10803的VREF引脚。MLX10803的VREF引脚可以用来限制在R3上的峰值电流，并确定led上的平均电流。通过这种方式，用户可以通过R1的大小来确定LED峰值电流的目标值。
封装选择对于汽车光学传感器至关重要。汽车环境是一种恶劣的环境，包括机械应力，温度循环，污染物和水分。AEC-Q100是压力测试资格的汽车标准。本标准包括设备资格，如高温操作寿命（HTOL），闩锁和ESD测试。封装资格包括：
- 在MSL3条件下模拟焊料回流260°C(3次)的预处理
- -50°C至+150°C
- 温度和湿度偏置：85°C的1000小时，相对湿度为85％
- 高压灭菌器:在121°C和100%湿度下96小时
- 贮存时间:150°C保存1000小时
Cliff De Locht现任Melexis N.V.光电部产品经理。1992年获得比利时布鲁塞尔大学微电子学工程学位后，De Locht于1994年专攻航空航天工程。他的职业生涯始于比利时最大的电信集团的研发项目经理，并逐步发展到系统级工程管理和产品管理。
