| 本文作者
Tony Armstrong
凌力爾特公司 電源產(chǎn)品部 產(chǎn)品市場總監(jiān)
成本和復雜性阻礙了 LED 車前燈的普及，但是 Tony Armstrong 認為：諸如矩陣式光束控制等功能將把此項技術推至重要位置。
盡管 LED 在汽車前照燈中的應用有一些閃亮的例子，但是其采用率的增長速度仍然不如人們預期的那么快，相對于面向普通照明之固態(tài)照明 (SSL) 產(chǎn)品的激增而言尤其如此。汽車應用提出了一種獨特的設計挑戰(zhàn)，而且成本處于相對較高的水平。然而，LED 有望在車前燈中增添獨特的功能。而且，我們將提出一種能夠打造出擁有堅固型功能之車前燈系統(tǒng)的設計選項
有興趣閱讀更多有關 LED 之汽車應用的文章和發(fā)布嗎?
您可以將普通照明和汽車照明作比較。我們都還記得傳統(tǒng)的鎢絲燈泡。在 2013 年底，大多數(shù)美國家庭中常用的 40W 和 60W 白熾燈泡禁止在美國制造或從國外進口；不過，它們仍然可以采購。另外還應注意的是，75W 和 100W 燈泡在 2012 年就逐步地淘汰了。
這些燈遭到淘汰的原因是，美國環(huán)境保護署 (EPA) 要求提高電-光輸出功效。這么要求的主要理由是，有助于降低電耗 (因此降低了發(fā)電量)，因為事實上，美國住宅照明約占美國電力消耗的 14% (數(shù)據(jù)來源： Energy Information Administration)。固態(tài) LED 照明燈僅需要約 1/8 的電力，就可產(chǎn)生同等流明的光輸出，因此 LED 燈已經(jīng)成功進入了我們今天的世界。
照明燈從白熾燈到固態(tài)電子燈的演變過程與目前發(fā)生在汽車行業(yè)中的車輛照明的轉變類似。盡管紅光 LED 燈已經(jīng)用在尾燈中 10 多年了，但是只是在最近，汽車內部和前向照明系統(tǒng)的變化才導致 LED 燈的采用率出現(xiàn)了顯著提高。例如，超過 70% 的汽車內部指示燈和超過 45% 的儀表顯示器背光照明采用了 LED 燈。相比之下，目前 55% 的白天行車燈 (DRL) 和大約 5% 的前燈采用了 LED 燈。盡管前燈 (近光、遠光、霧燈) 代表著最大的商機，但也是滲透率最低的市場，很多人發(fā)現(xiàn)了這一矛盾，我就是其中之一。出現(xiàn)這種明顯矛盾的主要原因之一是成本，汽車制造商無法以消費者愿意支付的價格提供 LED 前燈。
汽車前燈
在探討前燈采用率低的背景原因之前，了解一下為什么很多駕駛員甚至原始設備制造商都偏愛 LED 照明解決方案，而這是很有用的。LED 照明解決方案受到偏愛的原因包括但不限于以下各項：
- 性能和設計靈活性 ― LED 外形尺寸小，因此提供了設計靈活性，LED 還提供范圍很大的調光能力。記住，人眼對光輸出的微小偏差是非常敏感的。
- 節(jié)能和較低的二氧化碳排放量 ― LED 不僅具備較高的功效，因而降低了為它們供電所需的能量，而且還具備顯著地延長的生命周期。
- 成本 ― 這個特點似乎與直覺相悖，但是在非前燈應用中，成本持續(xù)下降、耐用性和卓越的質量已經(jīng)使 LED 成為最終消費者價值的新標準。
- 監(jiān)管 ― 很多政府法規(guī)規(guī)定了對白天行車燈和前燈以及其他照明應用的要求，這些法規(guī)導致對 LED 照明的需求增大了。
奧迪被普遍認為是 LED 應用的領導者，我想，任何人對這一點都不會感到驚訝，因為奧迪在幾乎任何外部汽車照明應用中都使用了 LED。任何人在后視鏡中看到奧迪著名的 “眼眉” 白天行車燈，都會覺得非常引人注目。此外，奧迪是第一家使用 LED 前燈的汽車制造商，用在了 2004 年的奧迪 R8 中。 而且，該公司因其能夠引導光束 (圖 1 示出了光束控制的一個實例) 的矩陣式車前燈而廣為人知。
圖 1：此圖示出了矩陣式 LED 車前燈是怎樣散射光的
那么， LED 前燈為什么沒有像用于其他形式汽車照明的 LED 那樣流行起來呢? 答案當然是成本。可以取代 LED 前燈的其他產(chǎn)品包括：白熾燈、鹵素燈或高密度放電 (HID) 氙氣燈�？杀� LED 燈的價格可能比鹵素前燈 (1962 年首先在歐洲推出，但直到 1978 年才在美國得到采用) 高 100%，比 HID氙氣燈 (要實現(xiàn)與 HID 氙氣前燈可比的性能，需要一個比更低性能鹵素燈價格高得多的 LED 解決方案) 高 1.5 倍。順便提一句，首款 HID 氙氣前燈出現(xiàn)于 1991 年的寶馬 7 系列中。
哪里適合 LED
一般而言，LED 前燈的亮度介于鹵素燈和 HID 燈之間，但是 LED 燈的光線聚焦度高得多，而且還可以控制產(chǎn)生不同形狀。此外，由于 LED 燈尺寸很小，因此允許使用各種擺放和安裝方式，汽車制造商能夠開發(fā)各種形狀的 LED 燈和組裝方法，以完美地與車型相配。
盡管 LED 發(fā)光時不產(chǎn)生熱量，但是通電時，在它們的發(fā)射器底部確實產(chǎn)生一定的熱量，因此對相鄰組件和連接電纜造成了潛在風險。由于這個原因，LED 前燈需要冷卻系統(tǒng) (例如散熱器或風扇) 以避免熔化。此外，這類冷卻系統(tǒng)位于發(fā)動機艙內，對于其他一些需要保持合適溫度的系統(tǒng)而言，發(fā)動機艙不是個太涼爽的區(qū)域。這是 LED 前燈更難以設計、更難以在汽車中采用的另一個原因，也因此比 HID 燈價格更高。
另外，LED 也許并不是下一代車前燈的唯一備選方案。美國商業(yè)類雜志近期發(fā)表的一篇文章描述到：奧迪 (Audi) 目前在其高性能 R8 車系中推出了一款可任選的激光遠光燈。該系統(tǒng)的卓越之處是不會把光照射到行駛在其前方的車輛上，因此遠光燈可以保持接通并自我調節(jié)，即使其前方有多達 8 輛汽車也不例外。與 LED 遠光燈相比，Audi 的激光聚光燈能夠沿著行駛的道路把其光束投射兩倍之遠 (超過 500 英尺)，從而為駕駛者提供更大的能見距離。
IC 有助于 LED 前燈的采用
現(xiàn)在讓我們來解決在驅動LED的挑戰(zhàn)。白熾燈要產(chǎn)生光輸出，所需全部條件就是其燈絲中要有電流通過，與此不同，LED 需要專門的集成電路來驅動。(圖 2)
圖 2：LT3956 IC 可在寬調光范圍驅動串聯(lián)LED
今天，LED 驅動器 IC 必須具有的一個關鍵性能特點是能夠充分調光。LED 是用恒定電流驅動的，其 DC 電流值與 LED 亮度成比例。要通過控制 LED 電流改變 LED 亮度，有兩種調光方法。
第一種是模擬調光，通過降低恒定的 LED 電流值，成比例地降低 LED 的 DC 電流值。降低 LED 電流可能導致 LED 色彩改變，或者 LED 電流控制不準確。第二種方法是數(shù)字或脈沖寬度調制 (PWM) 調光。PWM 調光以等于或高于 100Hz 的頻率接通和斷開 LED，這樣的變化人眼察覺不到。PWM 調光占空比與 LED 亮度成比例，而接通時的 LED 電流值保持在由 LED 驅動器 IC 設定的值，從而在高調光比時保持了 LED 顏色的恒定。在某些應用中，這種 PWM 調光方法可實現(xiàn) 3000 : 1 的調光比。
凌力爾特的 LED 驅動器 IC 能夠以滿足輸入電壓范圍和所需的輸出電壓及電流范圍之轉換拓撲、為很多不同類型的 LED 配置提供充足的電流和電壓，尤其是在驅動高亮度 LED 時。因此，凌力爾特的高亮度 LED 驅動器 IC 一般具備以下特性：
- 寬輸入電壓范圍
- 寬輸出電壓范圍
- 高效率轉換
- 嚴格調節(jié)的 LED 電流匹配
- 以低噪聲、恒定頻率工作
- 獨立的電流和調光控制
- 寬調光范圍比
- 小型和緊湊的占板面積，所需外部組件最少
讓我們更加詳細地看一下典型車前燈電路中的一款專用 LED 驅動器 IC。新型 LT3965 可接受 80V 輸入和輸出，并能夠實現(xiàn)一款恒定電流、恒定電壓轉換器。這拓撲使該器件能夠驅動大電流 LED。參見圖 3。該器件具備一個內部低壓側 N 溝道功率 MOSFET，輸入額定值為 84V、3.3A，由一個內部調節(jié)的 7.15V 電源驅動。固定頻率、電流模式架構可在很寬的電源和輸出電壓范圍內實現(xiàn)穩(wěn)定運行。以地為基準的電壓 FB 引腳作為幾個 LED 保護功能的輸入，還使該轉換器可以作為一個恒定電壓源使用。頻率調節(jié)引腳使用戶能夠在 100kHz 至 1MHz 范圍內設定頻率，以優(yōu)化效率、性能或外部組件尺寸。
圖 3：一個I2C 8-開關矩陣式調光器 LED 驅動器IC
LT3956 在 LED 串的高壓側檢測輸出電流 (常稱為高壓側電流檢測)。這是最靈活的 LED 驅動方法，可實現(xiàn)升壓、降壓或降壓-升壓模式配置。
盡管 LED 前燈目前的市場滲透率低，但是顯然，性能提升太有吸引力了，汽車制造商對 LED 燈目前這種態(tài)度不可能持續(xù)太久。產(chǎn)生吸引力的原因包括：提高駕駛員行車安全性、靈活改變車身造型的能力、節(jié)能以及純粹為了實現(xiàn)好看的外觀。我們都知道，汽車外觀好看，我們就想買。您以后在駕車四處行走時，請留心看一下矩陣式照明，因為當您看向后視鏡時會發(fā)現(xiàn)，矩陣式照明及 LED 前燈的使用將有大幅增加。 |
