如何讓你的汽車前燈更完美?降壓-升壓型LED 驅(qū)動器! - 全文

　　引言

　　汽車的定義與時俱進，汽車動力傳動系統(tǒng)也隨之而變。過去的100年內(nèi)，占據(jù)主導(dǎo)地位的是采用內(nèi)燃動力傳動系統(tǒng)的汽車，其主要由汽油提供動力，當(dāng)然也還有少量的柴油動力傳動系統(tǒng)。到現(xiàn)在，從純電動型(EV)到高效率內(nèi)燃傳動系統(tǒng)，再到混合動力傳動系統(tǒng)，我們已經(jīng)經(jīng)歷了多種汽車動力傳動系統(tǒng)的交替。

　　從最初到現(xiàn)在，所有汽車動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計都有一個共同的目標：提高燃油效率、減少碳排放量。新型動力總設(shè)計包括幾大部分，分別是直接燃料噴射設(shè)計、渦輪增壓設(shè)計、引擎停止/啟動系統(tǒng)設(shè)計、再生制動設(shè)計、乙醇含量較高的燃料以及更環(huán)保的柴油燃燒設(shè)計。隨著混合動力型汽車的出現(xiàn)，汽車變得越來越依賴更環(huán)保的電能。盡管取得了如此大的進步，但在汽車的前燈設(shè)計上仍處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。前燈設(shè)計的目的是為了在夜間或天氣條件不夠完美的情況下行車，需要提供前向照明的燈光。此外，產(chǎn)生所需光照的方法也從鹵素?zé)艮D(zhuǎn)變?yōu)楦邚姸确烹?HID)燈，進而轉(zhuǎn)向現(xiàn)在的基于高亮度(HB) LED，從而為高亮度LED開拓了一條成長之路。

　　來自Strategies Unlimited的數(shù)據(jù)顯示：今年，高亮度LED的市場規(guī)模預(yù)計將達到120億美元。到2015年截至，這一數(shù)字或許會增長到202億美元，可見其年復(fù)合增長率為30.6% 。然而，驅(qū)動其顯著增長的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一就是LED在汽車設(shè)計的應(yīng)用。

　　汽車照明應(yīng)用包括前燈、白天行車燈和剎車燈以及儀表板顯示器背光照明和所有車內(nèi)梳妝照明燈。不過，若想要保持預(yù)計的增長率，那么LED就必須提供更可靠、更低功耗和更袖珍的外形尺寸，而且還必須不斷進行創(chuàng)新性設(shè)計，例如可操控的汽車前照燈和防眩目調(diào)光。此外，在汽車環(huán)境中，必須在承受相對嚴酷的汽車電氣及物理環(huán)境考驗的同時優(yōu)化這些改進的項目。可想而知，這些能有效提高總體成本效益的解決方案必須得保證相應(yīng)設(shè)備的外形是扁平的，這樣其占板面積就會很緊湊。

　　盡管LED在白天行車燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向信號燈和內(nèi)部照明的應(yīng)用已有幾年，但特定于前燈的應(yīng)用仍相對較少，只有少數(shù)車型提供LED前燈。2011年LED前燈市場大約為10億美元，有人預(yù)測：到2014年預(yù)計將超過20億美元。

　　汽車照明系統(tǒng)設(shè)計師面臨的最大挑戰(zhàn)之一是如何最大限度地發(fā)揮最新一代高亮度LED的全部優(yōu)勢。因為高亮度LED一般需要準確、高效的DC電流源，還需要調(diào)光，所以LED 驅(qū)動器IC的設(shè)計必須達到能在多種條件下滿足上述要求的境界。為此，電源解決方案必須是高效率、功能強大、可靠性高、緊湊并具有高成本效益。可以這樣說，就驅(qū)動高亮度LED 而言，要求最苛刻的應(yīng)用之一是汽車前燈應(yīng)用。因為這類應(yīng)用要經(jīng)受苛刻的汽車電氣環(huán)境的考驗，必須提供大功率(一般在50W~75W之間)，還必須能裝進空間極度受限的外殼中，同時在滿足所有以上要求的情況下，還要保持有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。

　　汽車 LED 前燈

　　高亮度LED前燈有很多優(yōu)勢，例如尺寸小、壽命長、功耗低以及具有增強型調(diào)光功能。然而，正是這些優(yōu)勢使得高亮度LED前燈得到廣泛應(yīng)用。一些包括奧迪、奔馳以及最近加入的雷克薩斯在內(nèi)的汽車制造商，都已分別采用LED設(shè)計了與眾不同的行車燈(圍繞在前燈周圍。如果把前燈比作眼睛，那么這些行車燈就像眉毛一樣，制造商這么做也都是為了突出各自的品牌特色，以便于讓人們還沒看清車是什么樣子的時候，就知道是哪個品牌的車。從設(shè)計的角度來說，這些應(yīng)用獨具特色，而且與近光和遠光前燈相比，這些應(yīng)用設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)也不盡相同。

　　眾所周知，前燈的主要功能是：在夜間或天氣條件不夠理想(例如在雨、雪和霧天)的情況下提供前向照明，所以一直以來前燈發(fā)展的主要驅(qū)動力就是對更高的照明度的需求。

　　20世紀80年代，鹵素?zé)艨芍^說是業(yè)界標準，這類燈憑借其具有50W的電功率可提供大約1，500 lm的光輸出。與其前幾代產(chǎn)品相比，光輸出足足提高了50%，其光輸出轉(zhuǎn)換成功效 (每瓦光輸出) 就是30 lm/W。20世紀90 年代中期，高強度放電 (HID) 氙燈變?yōu)橹髁鳎驗檫@類燈能提供高達80 lm/W的光輸出，從而使制造商能提供更大的總體光輸出。只不過，氙燈也有缺點的，如為了不造成迎面而來的車輛看不清路況，需要對其進行準確調(diào)節(jié);使用有毒的水銀蒸氣;工作壽命較短，僅為2，000小時;成本高。隨著高亮度 LED 的功效持續(xù)高升，這類LED已經(jīng)成為更適合應(yīng)用在前燈的產(chǎn)品。5年前，已用在汽車中的高亮度LED提供50 lm/W功效，這還不足以用于前燈應(yīng)用，然而現(xiàn)在的LED設(shè)計提供100 lm/W功效，而且估計用不了幾年，就將超過150 lm/W的功效，甚至可能超過最好的高強度放電燈。LED能提供大約同樣的每瓦光輸出量，而且還具有其他好處，例如長壽命、耐用和節(jié)能環(huán)保等，所有這些都使得用LED構(gòu)成新一代前燈頗具吸引力。

　　設(shè)計參數(shù)

　　為了確保最佳性能和較長的工作壽命，LED需要有效的驅(qū)動電路。不管輸入電壓源的變化范圍有多寬，這些驅(qū)動器IC都必須提供準確、高效率的DC電流源和準確的LED電壓調(diào)節(jié)。其次，驅(qū)動器IC必須提供調(diào)光方法和多種保護功能，以防遇到LED開路或短路故障。除了能靠電氣環(huán)境非常苛刻的汽車電源總線可靠工作，驅(qū)動器IC還必須具有高成本效益并有效利用空間。

　　汽車電子瞬態(tài)造成的挑戰(zhàn)：停止/啟動、冷車發(fā)動和負載突降情況

　　為了最大限度地提高燃油里程，同時盡量降低碳排放量，可選擇的動力驅(qū)動技術(shù)在不斷演變。無論這些新技術(shù)納入了混合電動、清潔柴油還是更傳統(tǒng)的內(nèi)燃機設(shè)計，它們都有可能采用停止-啟動電動機設(shè)計。這種設(shè)計在全世界幾乎所有的混合動力汽車中已十分普遍，停止-啟動電動機設(shè)計已經(jīng)普遍存在，很多歐洲和亞洲的汽車制造商也一直在將這種設(shè)計納入傳統(tǒng)的汽油和柴油車輛中。美國福特汽車公司已宣布，將在很多面向美國市場的2012車型中，采用停止-啟動系統(tǒng)。

　　LED 應(yīng)用于汽車前燈的意義

　　將LED應(yīng)用于汽車前燈意義非凡。第一.這些LED燈可靠壽命長達10萬小時以上(相當(dāng)于11年半的使用年限，甚至超過了汽車的壽命)，所以無需更換。因此，在設(shè)計時，LED可以永久性地嵌入到前燈中，無需為更換留出余地。這使得汽車款式能得到極大的改變，因為LED照明系統(tǒng)不需要像高強度放電燈或鹵素?zé)裟敲创蟮捏w積或面積。第二.在依靠輸入電功率提供光輸出 (以流明量度) 方面，高亮度LED燈還比鹵素?zé)舻男矢?并且在不久就將超過高強度放電燈。這勢必會產(chǎn)生以下積極的影響：首先，LED燈從汽車總線獲取更少的電功率(在電動汽車和混合動力汽車中，這一點尤其重要)。此外，LED燈減少了在照明系統(tǒng)中釋放出的熱量，從而無需另外裝上笨重、昂貴的散熱器。最后，通過使用高亮度LED陣列以及對LED陣列進行電子控制或調(diào)光設(shè)計，LED前燈設(shè)計簡便，可以為很多不同的行車條件優(yōu)化照明。