如何让你的汽车前灯更完美?降压-升压型LED 驱动器! - 全文

　　引言

　　汽车的定义与时俱进，汽车动力传动系统也随之而变。过去的100年内，占据主导地位的是采用内燃动力传动系统的汽车，其主要由汽油提供动力，当然也还有少量的柴油动力传动系统。到现在，从纯电动型(EV)到高效率内燃传动系统，再到混合动力传动系统，我们已经经历了多种汽车动力传动系统的交替。

　　从最初到现在，所有汽车动力传动系统的设计都有一个共同的目标：提高燃油效率、减少碳排放量。新型动力总设计包括几大部分，分别是直接燃料喷射设计、涡轮增压设计、引擎停止/启动系统设计、再生制动设计、乙醇含量较高的燃料以及更环保的柴油燃烧设计。随着混合动力型汽车的出现，汽车变得越来越依赖更环保的电能。尽管取得了如此大的进步，但在汽车的前灯设计上仍处于相对稳定的状态。前灯设计的目的是为了在夜间或天气条件不够完美的情况下行车，需要提供前向照明的灯光。此外，产生所需光照的方法也从卤素灯转变为高强度放电(HID)灯，进而转向现在的基于高亮度(HB) LED，从而为高亮度LED开拓了一条成长之路。

　　来自Strategies Unlimited的数据显示：今年，高亮度LED的市场规模预计将达到120亿美元。到2015年截至，这一数字或许会增长到202亿美元，可见其年复合增长率为30.6% 。然而，驱动其显著增长的主要应用领域之一就是LED在汽车设计的应用。

　　汽车照明应用包括前灯、白天行车灯和刹车灯以及仪表板显示器背光照明和所有车内梳妆照明灯。不过，若想要保持预计的增长率，那么LED就必须提供更可靠、更低功耗和更袖珍的外形尺寸，而且还必须不断进行创新性设计，例如可操控的汽车前照灯和防眩目调光。此外，在汽车环境中，必须在承受相对严酷的汽车电气及物理环境考验的同时优化这些改进的项目。可想而知，这些能有效提高总体成本效益的解决方案必须得保证相应设备的外形是扁平的，这样其占板面积就会很紧凑。

　　尽管LED在白天行车灯、刹车灯、转向信号灯和内部照明的应用已有几年，但特定于前灯的应用仍相对较少，只有少数车型提供LED前灯。2011年LED前灯市场大约为10亿美元，有人预测：到2014年预计将超过20亿美元。

　　汽车照明系统设计师面临的最大挑战之一是如何最大限度地发挥最新一代高亮度LED的全部优势。因为高亮度LED一般需要准确、高效的DC电流源，还需要调光，所以LED 驱动器IC的设计必须达到能在多种条件下满足上述要求的境界。为此，电源解决方案必须是高效率、功能强大、可靠性高、紧凑并具有高成本效益。可以这样说，就驱动高亮度LED 而言，要求最苛刻的应用之一是汽车前灯应用。因为这类应用要经受苛刻的汽车电气环境的考验，必须提供大功率(一般在50W~75W之间)，还必须能装进空间极度受限的外壳中，同时在满足所有以上要求的情况下，还要保持有吸引力的成本结构。

　　汽车 LED 前灯

　　高亮度LED前灯有很多优势，例如尺寸小、寿命长、功耗低以及具有增强型调光功能。然而，正是这些优势使得高亮度LED前灯得到广泛应用。一些包括奥迪、奔驰以及最近加入的雷克萨斯在内的汽车制造商，都已分别采用LED设计了与众不同的行车灯(围绕在前灯周围。如果把前灯比作眼睛，那么这些行车灯就像眉毛一样，制造商这么做也都是为了突出各自的品牌特色，以便于让人们还没看清车是什么样子的时候，就知道是哪个品牌的车。从设计的角度来说，这些应用独具特色，而且与近光和远光前灯相比，这些应用设计面临的挑战也不尽相同。

　　众所周知，前灯的主要功能是：在夜间或天气条件不够理想(例如在雨、雪和雾天)的情况下提供前向照明，所以一直以来前灯发展的主要驱动力就是对更高的照明度的需求。

　　20世纪80年代，卤素灯可谓说是业界标准，这类灯凭借其具有50W的电功率可提供大约1，500 lm的光输出。与其前几代产品相比，光输出足足提高了50%，其光输出转换成功效 (每瓦光输出) 就是30 lm/W。20世纪90 年代中期，高强度放电 (HID) 氙灯变为主流，因为这类灯能提供高达80 lm/W的光输出，从而使制造商能提供更大的总体光输出。只不过，氙灯也有缺点的，如为了不造成迎面而来的车辆看不清路况，需要对其进行准确调节;使用有毒的水银蒸气;工作寿命较短，仅为2，000小时;成本高。随着高亮度 LED 的功效持续高升，这类LED已经成为更适合应用在前灯的产品。5年前，已用在汽车中的高亮度LED提供50 lm/W功效，这还不足以用于前灯应用，然而现在的LED设计提供100 lm/W功效，而且估计用不了几年，就将超过150 lm/W的功效，甚至可能超过最好的高强度放电灯。LED能提供大约同样的每瓦光输出量，而且还具有其他好处，例如长寿命、耐用和节能环保等，所有这些都使得用LED构成新一代前灯颇具吸引力。

　　设计参数

　　为了确保最佳性能和较长的工作寿命，LED需要有效的驱动电路。不管输入电压源的变化范围有多宽，这些驱动器IC都必须提供准确、高效率的DC电流源和准确的LED电压调节。其次，驱动器IC必须提供调光方法和多种保护功能，以防遇到LED开路或短路故障。除了能靠电气环境非常苛刻的汽车电源总线可靠工作，驱动器IC还必须具有高成本效益并有效利用空间。

　　汽车电子瞬态造成的挑战：停止/启动、冷车发动和负载突降情况

　　为了最大限度地提高燃油里程，同时尽量降低碳排放量，可选择的动力驱动技术在不断演变。无论这些新技术纳入了混合电动、清洁柴油还是更传统的内燃机设计，它们都有可能采用停止-启动电动机设计。这种设计在全世界几乎所有的混合动力汽车中已十分普遍，停止-启动电动机设计已经普遍存在，很多欧洲和亚洲的汽车制造商也一直在将这种设计纳入传统的汽油和柴油车辆中。美国福特汽车公司已宣布，将在很多面向美国市场的2012车型中，采用停止-启动系统。

　　LED 应用于汽车前灯的意义

　　将LED应用于汽车前灯意义非凡。第一.这些LED灯可靠寿命长达10万小时以上(相当于11年半的使用年限，甚至超过了汽车的寿命)，所以无需更换。因此，在设计时，LED可以永久性地嵌入到前灯中，无需为更换留出余地。这使得汽车款式能得到极大的改变，因为LED照明系统不需要像高强度放电灯或卤素灯那么大的体积或面积。第二.在依靠输入电功率提供光输出 (以流明量度) 方面，高亮度LED灯还比卤素灯的效率高 并且在不久就将超过高强度放电灯。这势必会产生以下积极的影响：首先，LED灯从汽车总线获取更少的电功率(在电动汽车和混合动力汽车中，这一点尤其重要)。此外，LED灯减少了在照明系统中释放出的热量，从而无需另外装上笨重、昂贵的散热器。最后，通过使用高亮度LED阵列以及对LED阵列进行电子控制或调光设计，LED前灯设计简便，可以为很多不同的行车条件优化照明。