自适应汽车照明的发展及对LED和控制元件的要求

汽车行业是高亮度LED的关键早期市场之一，首先采用固态照明技术进行内部使用，以及后部和信号照明功能。这是因为，在HB-LED的早期，红色和橙色发射器比基于麻烦的氮化镓（GaN）材料系统的蓝色和白色器件更亮更先进。但是，一旦开发人员掌握了使用GaN并提供足够明亮的白色发光体，所有这些都开始发生变化。从2003年开始，LED开始出现在技术要求更高的前照灯系统中，从现在熟悉的奥迪车辆日间行车灯（DRL）开始。

今天，全LED前照灯兼具主要照明功能（可以使用低光束和高光束，但直到最近它们才被限制在高端车辆中，即使这样也经常只作为“奢侈”选择出售。事情正在两个方面发生变化。首先，LED前照灯现在似乎正在快速转移到中档和紧凑型轿车中。其次，自适应照明的新技术开始出现。随着技术成本的下降，LED前照灯的主流采用以及自适应照明提供的额外复杂性是汽车前照灯市场的两个主要趋势。两者都对光发射器和作为其重要合作伙伴的驱动器IC的制造商的体积需求和性能都有影响。

在本文中，我们回顾了LED前照灯和自适应汽车照明的当前发展，并讨论了如何自适应功能的要求会影响LED和控制元件。

奥迪的领先优势直到最近，大多数车辆的前端仍然是一个主要的无LED区域。这一规则的例外情况在奥迪的车辆中最为明显，其在A8等汽车中早期采用多LED日间行车灯（DRL）迅速成为这些高端车型的“标志性”。

关注奥迪的领先者，雷克萨斯，吉普和别克是率先推出类似白色LED DRL的车型之一，而他们最近出现在本田雅阁和丰田卡罗拉等车型中，LED前照灯突然变得熟悉。然而，配备全LED前照灯的汽车仍然相对稀少，通常仅限于豪华车型的选择。现在这种情况正在发生变化，因为该技术变得更加实惠和功能性，现在可以为中档车型配备全LED前照灯，包括标致308，Seat Leon，大众帕萨特，也许是大多数主流，甚至是福特蒙迪欧。同时，顶级型号使用的LED比以往任何时候都多。据“欧洲汽车新闻”报道，¹第六代梅赛德斯S级轿车将成为首款专门用于所有外部照明功能的LED车型。标致的新款308掀背车使这款法国汽车制造商成为欧洲第一家提供全LED前照灯的公司，作为紧凑型轿车大部分装饰的标准配置。

图1：标致308掀背车是LED前照灯即将扩散到中档车辆中的一个例子。这款全LED前照灯装置专为Magneti Marelli汽车照明（AL）部门的最新型号而设计。

这一趋势将意味着针对汽车前照灯应用的LED需求不断增长，包括Philips Lumileds和Nichia的各种高亮度发光器，Cree的XLamp XB-D系列以及Luminus Devices的“大芯片”SST-50系列LED。适合点光源。欧司朗光电半导体被认为是汽车照明领域的重要参与者，专门为前照灯功能销售一些LED，以及其他诸如用于DRL的Golden Dragon和Advanced-Power TOPLED设备。

此外，从奢侈品端到中型甚至是一些预算型号，LED前照灯的另一个主要趋势是新的“自适应”前照灯系统的出现，这些系统可以自动响应汽车的环境。自适应技术允许驾驶员在必要时通过自动调光或关闭特定发射器来始终保持其远光灯。毫不奇怪，开创新LED照明功能的汽车制造商奥迪再次突破界限。它在2013年拉斯维加斯国际消费电子展（CES）上展示了其“Matrix”自适应LED前照灯;在最近的2014年活动中，它推出了一款新的混合动力系统，不仅包括LED，还包括用于远光灯功能的激光二极管，据称它可以照亮前方500米的道路。

在法兰克福车展上2013年9月，即将出现在2014年新A8车型中的Matrix系统的更多细节。它包括一个具有25个独立发光器的远光灯，自适应系统甚至连接到汽车的导航系统，以便在接近角落时预测性地将光引导到道路边缘。

图2：奥迪新推出的“Matrix”自适应前照灯，在远光灯上有25个发射器，可作为新款A8车型的选装配置。这家德国公司在前沿汽车照明系统中率先使用LED，其LED日间行车灯近年来已经成为一种熟悉且模仿的标志。

LED前照灯组件开发

自2013年夏季起，德国LED制造商欧司朗光电半导体一直在协调由德国联邦教育与研究部（BMBF）支持的研究项目，该项目包括汽车公司戴姆勒，驱动IC制造商英飞凌科技和汽车照明专家海拉。它旨在进一步推进自适应技术;例如，通过在车速增加时施加更高的电流来扩展前照灯的范围，并且扩展更宽的光束以照亮在城市驾驶中遇到的额外危险。在去年法兰克福车展之后不久，欧司朗表示，它已经开发出第一款专为自适应汽车前照灯设计的多芯片LED组件。

该公司Ostar产品系列中的一种变体，以及最新版本的芯片用于LED前照灯，它基于不少于五个单独的发射器。每个模具都可以通过基于汽车传感器反馈的智能控制独立控制，直接在下一代自适应系统中投放产品，并要求驱动电路提供新级别的控制。

《 br》图3：具有可单独寻址发射器的多芯片组件专为自适应前照灯设计（Courtesy Osram OS）。

与Osram一样，Philips Lumileds也为两种形式的自适应系统提供多芯片选项两个和四个模具组件。虽然适用于低光束和远光前照灯功能，但与欧司朗的最新创新不同，发射器不能单独寻址。

自适应照明装置

在2013年9月举行的欧司朗汽车照明国际研讨会（ISAL）会议上，欧司朗的新型多芯片组件亮相，汽车照明专家海拉和法雷奥也在场。两者均展示了现在可通过自适应LED前照灯实现的各种功能。

使用来自传感器（如摄像头，导航工具和转向部件）的信号，这些前照灯设计用于在车辆转弯或接近或超车时作出响应。另一种车辆，并根据需要将梁向下或朝向道路边缘引导。

Hella，其设计师于2009年首次推出用于批量生产的全LED前照灯，他表示未来将会看到LED阵列具有更多功能自适应前照灯系统中使用的十个可单独寻址的高强度发射器。在这些系统中，芯片将借助于调制器启动，从而打开和关闭单个芯片，以及控制整体光分布的强度。

在法兰克福，法雷奥透露其“BeamAtic Premium” LED“自适应照明系统将在2014年开始用于主流和高端车辆，2016年将采用下一代设计进行批量生产。

在供应链的这一层面，其他主要参与者包括Magneti Marelli的汽车Lighting（AL）业务部门，Visteon和Koito Manufacturing。 AL早在2007年就推出了LED前照灯，现在供应标致新款308掀背车的车型，表明每个前照灯需要多少不同的芯片。它的近光照明是通过组合10个提供610流明的中等功率LED，以及用于远光灯的2 x 4阵列和用于DRL的不少于13个设备实现的。

驱动器IC要求

带LED前照灯在这些新的自适应配置中执行更复杂的功能，并且在所需的相同组件内控制单个芯片，驱动器IC成为故事中更重要的部分。过去，驱动器IC的关键功能是保持流过LED的恒定电流，以保持光通量保持恒定，德州仪器的LM3406HVMHX/NOPB和英飞凌科技的BCR 321U E6327等设备适合法案。然而，新的自适应功能更加复杂，个别LED必须根据遇到的当地条件进行调暗或关闭。

在奥迪的Matrix系统中，当车载摄像头检测到其他车辆接近时，相关的部分前照灯的远光灯通过调光或关闭完全单个二极管来屏蔽，同时在其余区域保持非常明亮的照明。

作为驱动IC供应商ROHM Semiconductor在之前的TechZone文章中解释过，²可以提供最直接的驱动功能通过线性稳压器。它们提供简单的控制，并且具有不需要电磁干扰（EMI）滤波器的优点。然而，它们的功耗对于更高功率的应用来说可能是一个问题，因此，降压DC-DC转换器被认为是前照灯中更好的选择。当驱动器IC需要串联控制多个LED时，通常使用升压转换器拓扑结构，利用其更多功能。

LED驱动器也可以设计为提供串联和并联LED控制的组合，这这种方法为电路设计人员提供了控制用于单个驱动器的多种功能的LED所需的灵活性。对于自适应前照灯，其中相同的LED将用于提供高光束和近光束，这种调节光线的能力输出可以比作一些内部汽车照明功能，其中调光已经是标准要求.ROHM的BD8381EFV-M LED驱动器IC设计有多个HB-LED，包括高光束和近光前照灯以及DRL应用心里。该器件能够承受高达50 V的高输入电压，并具有电流模式降压 - 升压DC-DC控制器，可在不同的电压输入下稳定工作，并消除了可串联连接的LED数量的限制。 br》

图4：奥迪新Matrix等自适应照明系统需要能够调节和关闭LED阵列中各个发射器的更先进的驱动器IC。该电路图显示了ROHM的BD8381EFV-M驱动器（Courtesy ROHM Semiconductor）的功能。

适用于驱动基于LED的DRL和前照灯的其他IC包括英飞凌科技的TLD5098EL-ND和TLD5095EL-ND DC-DC降压 - 升压组件两者都可以从Digi-Key获得。

立法事项

在美国安全立法中，在他们希望部署新的自适应照明系统时仍然阻碍汽车制造商及其供应商的道路上的一个障碍。那里的立法者还没有赶上他们的欧洲同行，这对于Koito Manufacturing等公司来说是一个令人沮丧的原因。作为日本最大的汽车前照灯制造商，它是几个最畅销的产品的主要供应商。在美国的汽车。他们相信，随着技术成本的降低，LED将在本十年结束时在前照灯中无处不在。然而，实现这一市场主导地位将首先要求美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）采取措施，截至2013年底，该公司尚未在其道路上允许自适应照明系统。

丰田已要求修改其照明标准为了允许自适应照明，NHTSA表示正在与代表汽车工程师协会的照明委员会代表会面后审查该请求。它还在2013年对该技术进行了自己的研究，如果这一结果是积极的，它将可能被证明是汽车照明行业的关键一步，因为基于高度可控LED的自适应前照灯系统进一步发展主流。