Tony Armstrong

凌力爾特公司   電源產(chǎn)品部  產(chǎn)品市場(chǎng)總監

成本和復雜性阻礙了 LED 車(chē)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(shù)推至重要位置。

盡管 LED 在汽車(chē)前照燈中的應用有一些閃亮的例子，但是其采用率的增長(cháng)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(chē)應用提出了一種獨特的設計挑戰，而且成本處于相對較高的水平。然而，LED 有望在車(chē)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(chē)前燈系統的設計選項

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您可以將普通照明和汽車(chē)照明作比較。我們都還記得傳統的鎢絲燈泡。在 2013 年底，大多數美國家庭中常用的 40W 和 60W 白熾燈泡禁止在美國制造或從國外進(jìn)口；不過(guò)，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(shí)上，美國住宅照明約占美國電力消耗的 14% (數據來(lái)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(jìn)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(guò)程與目前發(fā)生在汽車(chē)行業(yè)中的車(chē)輛照明的轉變類(lèi)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(chē)內部和前向照明系統的變化才導致 LED 燈的采用率出現了顯著(zhù)提高。例如，超過(guò) 70% 的汽車(chē)內部指示燈和超過(guò) 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(chē)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(zhù)最大的商機，但也是滲透率最低的市場(chǎng)，很多人發(fā)現了這一矛盾，我就是其中之一。出現這種明顯矛盾的主要原因之一是成本，汽車(chē)制造商無(wú)法以消費者愿意支付的價(jià)格提供 LED 前燈。

汽車(chē)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(ài) 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(ài)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(zhù)地延長(cháng)的生命周期。
• 成本 ―  這個(gè)特點(diǎn)似乎與直覺(jué)相悖，但是在非前燈應用中，成本持續下降、耐用性和卓越的質(zhì)量已經(jīng)使 LED 成為最終消費者價(jià)值的新標準。
• 監管 ―  很多政府法規規定了對白天行車(chē)燈和前燈以及其他照明應用的要求，這些法規導致對 LED 照明的需求增大了。

奧迪被普遍認為是 LED 應用的領(lǐng)導者，我想，任何人對這一點(diǎn)都不會(huì )感到驚訝，因為奧迪在幾乎任何外部汽車(chē)照明應用中都使用了 LED。任何人在后視鏡中看到奧迪著(zhù)名的 “眼眉” 白天行車(chē)燈，都會(huì )覺(jué)得非常引人注目。此外，奧迪是第一家使用 LED 前燈的汽車(chē)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(gè)實(shí)例) 的矩陣式車(chē)前燈而廣為人知。

圖 1：此圖示出了矩陣式 LED 車(chē)前燈是怎樣散射光的

那么， LED 前燈為什么沒(méi)有像用于其他形式汽車(chē)照明的 LED 那樣流行起來(lái)呢? 答案當然是成本�？梢匀〈� 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(jià)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(shí)現與 HID 氙氣前燈可比的性能，需要一個(gè)比更低性能鹵素燈價(jià)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(xiàn)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(chē)制造商能夠開(kāi)發(fā)各種形狀的 LED 燈和組裝方法，以完美地與車(chē)型相配。

盡管 LED 發(fā)光時(shí)不產(chǎn)生熱量，但是通電時(shí)，在它們的發(fā)射器底部確實(shí)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(fēng)險。由于這個(gè)原因，LED 前燈需要冷卻系統 (例如散熱器或風(fēng)扇) 以避免熔化。此外，這類(lèi)冷卻系統位于發(fā)動(dòng)機艙內，對于其他一些需要保持合適溫度的系統而言，發(fā)動(dòng)機艙不是個(gè)太涼爽的區域。這是 LED 前燈更難以設計、更難以在汽車(chē)中采用的另一個(gè)原因，也因此比 HID 燈價(jià)格更高。

另外，LED 也許并不是下一代車(chē)前燈的唯一備選方案。美國商業(yè)類(lèi)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(chē)系中推出了一款可任選的激光遠光燈。該系統的卓越之處是不會(huì )把光照射到行駛在其前方的車(chē)輛上，因此遠光燈可以保持接通并自我調節，即使其前方有多達 8 輛汽車(chē)也不例外。與 LED 遠光燈相比，Audi 的激光聚光燈能夠沿著(zhù)行駛的道路把其光束投射兩倍之遠 (超過(guò) 500 英尺)，從而為駕駛者提供更大的能見(jiàn)距離。

IC 有助于 LED 前燈的采用

現在讓我們來(lái)解決在驅動(dòng)LED的挑戰。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(guò)，與此不同，LED 需要專(zhuān)門(mén)的集成電路來(lái)驅動(dòng)。(圖 2)

圖 2：LT3956 IC 可在寬調光范圍驅動(dòng)串聯(lián)LED

今天，LED 驅動(dòng)器 IC 必須具有的一個(gè)關(guān)鍵性能特點(diǎn)是能夠充分調光。LED 是用恒定電流驅動(dòng)的，其 DC 電流值與 LED 亮度成比例。要通過(guò)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(guò)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(kāi) LED，這樣的變化人眼察覺(jué)不到。PWM 調光占空比與 LED 亮度成比例，而接通時(shí)的 LED 電流值保持在由 LED 驅動(dòng)器 IC 設定的值，從而在高調光比時(shí)保持了 LED 顏色的恒定。在某些應用中，這種 PWM 調光方法可實(shí)現 3000 : 1 的調光比。

凌力爾特的 LED 驅動(dòng)器 IC 能夠以滿(mǎn)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(lèi)型的 LED 配置提供充足的電流和電壓，尤其是在驅動(dòng)高亮度 LED 時(shí)。因此，凌力爾特的高亮度 LED 驅動(dòng)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(chē)前燈電路中的一款專(zhuān)用 LED 驅動(dòng)器 IC。新型 LT3965 可接受 80V 輸入和輸出，并能夠實(shí)現一款恒定電流、恒定電壓轉換器。這拓撲使該器件能夠驅動(dòng)大電流 LED。參見(jiàn)圖 3。該器件具備一個(gè)內部低壓側 N 溝道功率 MOSFET，輸入額定值為 84V、3.3A，由一個(gè)內部調節的 7.15V 電源驅動(dòng)。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(shí)現穩定運行。以地為基準的電壓 FB 引腳作為幾個(gè) LED 保護功能的輸入，還使該轉換器可以作為一個(gè)恒定電壓源使用。頻率調節引腳使用戶(hù)能夠在 100kHz 至 1MHz 范圍內設定頻率，以?xún)?yōu)化效率、性能或外部組件尺寸。

圖 3：一個(gè)I²C 8-開(kāi)關(guān)矩陣式調光器 LED 驅動(dòng)器IC

LT3956 在 LED 串的高壓側檢測輸出電流 (常稱(chēng)為高壓側電流檢測)。這是最靈活的 LED 驅動(dòng)方法，可實(shí)現升壓、降壓或降壓-升壓模式配置。

盡管 LED 前燈目前的市場(chǎng)滲透率低，但是顯然，性能提升太有吸引力了，汽車(chē)制造商對 LED 燈目前這種態(tài)度不可能持續太久。產(chǎn)生吸引力的原因包括：提高駕駛員行車(chē)安全性、靈活改變車(chē)身造型的能力、節能以及純粹為了實(shí)現好看的外觀(guān)。我們都知道，汽車(chē)外觀(guān)好看，我們就想買(mǎi)。您以后在駕車(chē)四處行走時(shí)，請留心看一下矩陣式照明，因為當您看向后視鏡時(shí)會(huì )發(fā)現，矩陣式照明及 LED 前燈的使用將有大幅增加。