用于提高前照燈效率的LED控制器

LED照明技術(shù)在汽車前照燈中的使用最近使一些非常漂亮的造型處理 - 有些不那么漂亮。這些燈為造型部門提供了優(yōu)勢(shì)，并且還可以提供性能/安全性改進(jìn)。此外，LED更節(jié)能 - 在這種情況下，這與提高油耗或電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程相同。

雖然停車燈和尾燈幾乎都是基于LED的，但前照燈需要大量的功率和伴隨的駕駛員設(shè)計(jì)工作，并且采用速度較慢。

早在 1890 年代，一旦有汽車，人們就開始在夜間開車。他們使用燃油燈籠（煤油）作為照明裝置。1908年，美國(guó)第一個(gè)汽車前照燈燈泡有一個(gè)碳絲，它包含一個(gè)真空，沒有充氣。第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)前照燈于 1899 年在哥倫比亞電動(dòng)汽車上推出。著名的克利夫蘭無雙汽車公司于 1908 年將電動(dòng)前照燈作為其高檔汽車的標(biāo)準(zhǔn)。

1年1908月1915日，一個(gè)名叫亨利的家伙看著第一輛T型車出門。直到 1940 年，福特才用磁電機(jī)供電的電動(dòng)前照燈取代了 T 的乙炔燈和油燈。17年，現(xiàn)代密封光束大燈成為標(biāo)準(zhǔn)。在接下來的7年里，政府強(qiáng)制要求使用圓形1957英寸燈。<>年，法律修改為允許不同大小和形狀的燈，只要它們正確照亮道路。

首款全LED前照燈于2007年推出?，F(xiàn)在LED前照燈正變得越來越普遍。標(biāo)準(zhǔn)全 LED 大燈消耗 15W 至 18W，而鹵素?zé)襞莅姹鞠?55W 至 65W，HID（高強(qiáng)度放電）燈泡消耗約 42W。請(qǐng)注意，有一些 LED 前照燈改裝套件會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的光并消耗大量功率——25，000 流明和 60W。在線查看可用的 LED 大燈更換燈泡顯示，兩燈泡套裝的價(jià)格從 9.50 美元到 239.00 美元不等。這是一個(gè)相當(dāng)大的范圍！至少可以說，這表明前照燈市場(chǎng)正處于一個(gè)動(dòng)蕩時(shí)期。

前照燈性能概覽

標(biāo)準(zhǔn)鹵素大燈燈泡將產(chǎn)生大約 1300 流明。氙氣HID燈泡的亮度大約是其兩倍半，約為3000流明。氣體放電燈需要更多的功率才能啟動(dòng)，但一旦打開，它們的運(yùn)行功率遠(yuǎn)低于鹵素?zé)簟Ｔ诖蠖鄶?shù)車型上，HID照明僅用于近光燈，而遠(yuǎn)光燈則由單獨(dú)的鹵素?zé)敉瓿?，因?yàn)檫h(yuǎn)光燈需要立即打開和關(guān)閉，而HID并不擅長(zhǎng)。對(duì)于某些車輛，HID 通過快門提供近光燈和遠(yuǎn)光燈，快門在提示時(shí)上下移動(dòng)，因此沒有延遲。

汽車電子設(shè)計(jì)人員向各種供應(yīng)商尋求用于前照燈的 SMT LED 和 LED 矩陣芯片。最近的單 SMT LED 芯片在 175W 和 2lm 下實(shí)現(xiàn)了 350lm/W 的效率。但可以使用更高功率的單 LED。

例如，我們可以看看CREE XHP70B-00-0000-0D0HN240H芯片（其X-Lamp系列的一部分）。7.0mm x 7.0mm 封裝部件在 1590°C 時(shí)輸出 85lm，在 1751°C 時(shí)輸出 25lm。 效率約為133lm/W。該燈可通過PCB布局配置為6V或12V，2V時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流為4.12A。測(cè)試電流為1.05A。該燈具有4000k色溫，CRI為80。這些優(yōu)質(zhì)大功率燈每盞售價(jià)約 8 美元，每盞 1，000 件。有許多版本（箱）可供選擇，成本越來越低。您可能只需要其中兩個(gè) 1590lm 芯片用于前照燈組件 - 也許三個(gè)帶有遠(yuǎn)光燈。

也許這種應(yīng)用最重要的LED聲名是壽命。預(yù)計(jì)CREE部分在運(yùn)行85k小時(shí)后將保留其光輸出的23%。這是連續(xù) 2.6 年，因此很容易看到 15 年的使用壽命。

其他照明設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

對(duì)于設(shè)計(jì)師來說，還有其他事情需要考慮。在車輛中，所需的工作溫度范圍在 -40 °C 至 +120 °C 之間。 還有各種氣候因素，例如空氣水分和含鹽量以及灰塵。有強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊應(yīng)力，以及電磁影響。設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域是射頻干擾（RFI）。來自LED驅(qū)動(dòng)器高速PWM開關(guān)的干擾可能會(huì)給汽車上的無數(shù)電子系統(tǒng)帶來問題，包括從發(fā)動(dòng)機(jī)控制和數(shù)據(jù)總線到無線電和USB連接的所有內(nèi)容。RFI 測(cè)試至關(guān)重要。

遠(yuǎn)光燈應(yīng)提供480英尺的夜間能見度，而近光燈應(yīng)至少產(chǎn)生330英尺。IIHS測(cè)試的中型SUV大燈中有一半以上被評(píng)為邊緣或較差。僅有的兩輛評(píng)級(jí)良好的車輛使用HID燈。光束形狀非常重要，許多配備LED燈的汽車還沒有弄清楚如何優(yōu)化這一點(diǎn)。在IIHS測(cè)試中評(píng)估的79個(gè)大燈變體中，有一半以上具有過多的眩光。該保險(xiǎn)協(xié)會(huì)表示，前照燈經(jīng)常從工廠生產(chǎn)線上脫落，瞄準(zhǔn)不良，這可能會(huì)導(dǎo)致眩光，并使轉(zhuǎn)向更亮的LED白費(fèi)力氣。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局的研究表明，對(duì)迎面而來的大燈眩光的抱怨非常普遍。

LED燈的另一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)是矩陣燈。矩陣中的單個(gè)燈能夠以非常有針對(duì)性的方式照亮特定區(qū)域。迎面而來的汽車所在的區(qū)域可以變暗，同時(shí)其兩側(cè)被照亮。矩陣大燈在美國(guó)尚未合法，汽車制造商正在推動(dòng)政府批準(zhǔn)以提供更多選擇。

控制燈

接下來，我們需要盡可能高效地驅(qū)動(dòng)LED燈并控制強(qiáng)度。有許多IC可用于此任務(wù)。適用于前照燈的LED控制器的一個(gè)很好的例子是MAX20096/MAX20097雙通道、同步、n溝道、大電流降壓LED驅(qū)動(dòng)器。IC采用專有的PWM電流控制方法，不需要任何環(huán)路補(bǔ)償，并保持幾乎恒定的開關(guān)頻率，相對(duì)容易地抑制開關(guān)噪聲/RFI。電感電流檢測(cè)是通過監(jiān)視底部開關(guān)器件中的電流來實(shí)現(xiàn)的。

IC工作在4.5V至65V輸入范圍，每個(gè)通道驅(qū)動(dòng)兩個(gè)外部n溝道功率FET。轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率可高達(dá) 1MHz，從而使元件保持小型化。LED PWM 頻率通常為 200Hz。

MAX20096具有SPI接口，允許讀取兩個(gè)通道的輸出電壓和電流以及結(jié)溫并設(shè)置輸出電流電平。保護(hù)功能包括限流、過壓和熱關(guān)斷。該器件采用耐熱性能增強(qiáng)型 5mm x 5mm、32 引腳側(cè)面可潤(rùn)濕 TQFN 封裝，額定工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C 汽車級(jí)溫度范圍。

MAX20097采用28引腳耐熱增強(qiáng)型TSSOP封裝。它沒有SPI接口，而是依賴于漏極開路故障標(biāo)志（FLTB），在任一通道出現(xiàn)開路串、短路串、熱關(guān)斷或過壓激活時(shí)，該標(biāo)志變?yōu)榈碗娖健?/p>

這些芯片適用于汽車遠(yuǎn)光燈/近光燈前照燈和/或信號(hào)燈/日間行車燈。兩款器件的電源電流最大值均為 10mA，并且支持模擬調(diào)光控制。該芯片調(diào)節(jié)開關(guān)模式電感器中的平均電流。LED 電流可通過模擬輸入或通過 PWM 進(jìn)行數(shù)字控制，在 3A 至 20096A 范圍內(nèi)設(shè)置。PWM調(diào)光也可以通過MAX<>上的SPI接口實(shí)現(xiàn)。每個(gè)通道均可獨(dú)立調(diào)節(jié)。無論亮度如何，PWM 調(diào)光都能保持相同的 LED 顏色，而 LED 可能會(huì)隨著模擬調(diào)光而改變顏色。

驅(qū)動(dòng)兩到四個(gè)串聯(lián)LED的驅(qū)動(dòng)器電路效率約為93%。LED前照燈的額定功率通常為35W至50W，這些IC可以使用14V至48V電源處理。評(píng)估套件可用于兩個(gè)版本。

兩種替代芯片

Maxim還具有MAX20090單通道器件，提供靈活的驅(qū)動(dòng)方案，支持升壓、高端降壓、SEPIC或降壓-升壓模式配置。該芯片的 PWM 控制輸入提供高達(dá) 1000：1 的 LED 調(diào)光比。該器件采用 4mm × 4mm 20 引腳 TQFN 封裝。

MAX20078單通道控制器工作在4.5V至65V輸入范圍，采用Maxim專有的PWM電流控制方法。該器件可在高達(dá) 1MHz 的開關(guān)頻率下工作，并具有超快響應(yīng)和偽固定頻率同步降壓調(diào)節(jié)功能。該芯片的高側(cè)和低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器具有 2A 的峰值拉電流和灌電流能力。它采用 3mm × 3mm、16 引腳 TQFN 或 16 引腳 TSSOP 封裝。

驅(qū)動(dòng)兩到四個(gè)串聯(lián)LED的驅(qū)動(dòng)器電路效率約為93%。LED前照燈的額定功率通常為18W至40W，所有這些IC都可以使用14V至48V電源來處理。

毫無疑問，LED前照燈將在幾年內(nèi)成為所有汽車和卡車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)將從汽車遷移到公共汽車，火車和拖拉機(jī)以及...

審核編輯：郭婷