如何讓你的汽車前燈更完美?降壓-升壓型LED 驅(qū)動(dòng)器! - 全文

　　引言

　　汽車的定義與時(shí)俱進(jìn)，汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)也隨之而變。過(guò)去的100年內(nèi)，占據(jù)主導(dǎo)地位的是采用內(nèi)燃動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的汽車，其主要由汽油提供動(dòng)力，當(dāng)然也還有少量的柴油動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。到現(xiàn)在，從純電動(dòng)型(EV)到高效率內(nèi)燃傳動(dòng)系統(tǒng)，再到混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，我們已經(jīng)經(jīng)歷了多種汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的交替。

　　從最初到現(xiàn)在，所有汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都有一個(gè)共同的目標(biāo)：提高燃油效率、減少碳排放量。新型動(dòng)力總設(shè)計(jì)包括幾大部分，分別是直接燃料噴射設(shè)計(jì)、渦輪增壓設(shè)計(jì)、引擎停止/啟動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、再生制動(dòng)設(shè)計(jì)、乙醇含量較高的燃料以及更環(huán)保的柴油燃燒設(shè)計(jì)。隨著混合動(dòng)力型汽車的出現(xiàn)，汽車變得越來(lái)越依賴更環(huán)保的電能。盡管取得了如此大的進(jìn)步，但在汽車的前燈設(shè)計(jì)上仍處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。前燈設(shè)計(jì)的目的是為了在夜間或天氣條件不夠完美的情況下行車，需要提供前向照明的燈光。此外，產(chǎn)生所需光照的方法也從鹵素?zé)艮D(zhuǎn)變?yōu)楦邚?qiáng)度放電(HID)燈，進(jìn)而轉(zhuǎn)向現(xiàn)在的基于高亮度(HB) LED，從而為高亮度LED開拓了一條成長(zhǎng)之路。

　　來(lái)自Strategies Unlimited的數(shù)據(jù)顯示：今年，高亮度LED的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到120億美元。到2015年截至，這一數(shù)字或許會(huì)增長(zhǎng)到202億美元，可見其年復(fù)合增長(zhǎng)率為30.6% 。然而，驅(qū)動(dòng)其顯著增長(zhǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一就是LED在汽車設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

　　汽車照明應(yīng)用包括前燈、白天行車燈和剎車燈以及儀表板顯示器背光照明和所有車內(nèi)梳妝照明燈。不過(guò)，若想要保持預(yù)計(jì)的增長(zhǎng)率，那么LED就必須提供更可靠、更低功耗和更袖珍的外形尺寸，而且還必須不斷進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，例如可操控的汽車前照燈和防眩目調(diào)光。此外，在汽車環(huán)境中，必須在承受相對(duì)嚴(yán)酷的汽車電氣及物理環(huán)境考驗(yàn)的同時(shí)優(yōu)化這些改進(jìn)的項(xiàng)目。可想而知，這些能有效提高總體成本效益的解決方案必須得保證相應(yīng)設(shè)備的外形是扁平的，這樣其占板面積就會(huì)很緊湊。

　　盡管LED在白天行車燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈和內(nèi)部照明的應(yīng)用已有幾年，但特定于前燈的應(yīng)用仍相對(duì)較少，只有少數(shù)車型提供LED前燈。2011年LED前燈市場(chǎng)大約為10億美元，有人預(yù)測(cè)：到2014年預(yù)計(jì)將超過(guò)20億美元。

　　汽車照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨的最大挑戰(zhàn)之一是如何最大限度地發(fā)揮最新一代高亮度LED的全部?jī)?yōu)勢(shì)。因?yàn)楦吡炼萀ED一般需要準(zhǔn)確、高效的DC電流源，還需要調(diào)光，所以LED 驅(qū)動(dòng)器IC的設(shè)計(jì)必須達(dá)到能在多種條件下滿足上述要求的境界。為此，電源解決方案必須是高效率、功能強(qiáng)大、可靠性高、緊湊并具有高成本效益?？梢赃@樣說(shuō)，就驅(qū)動(dòng)高亮度LED 而言，要求最苛刻的應(yīng)用之一是汽車前燈應(yīng)用。因?yàn)檫@類應(yīng)用要經(jīng)受苛刻的汽車電氣環(huán)境的考驗(yàn)，必須提供大功率(一般在50W~75W之間)，還必須能裝進(jìn)空間極度受限的外殼中，同時(shí)在滿足所有以上要求的情況下，還要保持有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。

　　汽車 LED 前燈

　　高亮度LED前燈有很多優(yōu)勢(shì)，例如尺寸小、壽命長(zhǎng)、功耗低以及具有增強(qiáng)型調(diào)光功能。然而，正是這些優(yōu)勢(shì)使得高亮度LED前燈得到廣泛應(yīng)用。一些包括奧迪、奔馳以及最近加入的雷克薩斯在內(nèi)的汽車制造商，都已分別采用LED設(shè)計(jì)了與眾不同的行車燈(圍繞在前燈周圍。如果把前燈比作眼睛，那么這些行車燈就像眉毛一樣，制造商這么做也都是為了突出各自的品牌特色，以便于讓人們還沒(méi)看清車是什么樣子的時(shí)候，就知道是哪個(gè)品牌的車。從設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，這些應(yīng)用獨(dú)具特色，而且與近光和遠(yuǎn)光前燈相比，這些應(yīng)用設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)也不盡相同。

　　眾所周知，前燈的主要功能是：在夜間或天氣條件不夠理想(例如在雨、雪和霧天)的情況下提供前向照明，所以一直以來(lái)前燈發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力就是對(duì)更高的照明度的需求。

　　20世紀(jì)80年代，鹵素?zé)艨芍^說(shuō)是業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，這類燈憑借其具有50W的電功率可提供大約1，500 lm的光輸出。與其前幾代產(chǎn)品相比，光輸出足足提高了50%，其光輸出轉(zhuǎn)換成功效 (每瓦光輸出) 就是30 lm/W。20世紀(jì)90 年代中期，高強(qiáng)度放電 (HID) 氙燈變?yōu)橹髁?，因?yàn)檫@類燈能提供高達(dá)80 lm/W的光輸出，從而使制造商能提供更大的總體光輸出。只不過(guò)，氙燈也有缺點(diǎn)的，如為了不造成迎面而來(lái)的車輛看不清路況，需要對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)節(jié);使用有毒的水銀蒸氣;工作壽命較短，僅為2，000小時(shí);成本高。隨著高亮度 LED 的功效持續(xù)高升，這類LED已經(jīng)成為更適合應(yīng)用在前燈的產(chǎn)品。5年前，已用在汽車中的高亮度LED提供50 lm/W功效，這還不足以用于前燈應(yīng)用，然而現(xiàn)在的LED設(shè)計(jì)提供100 lm/W功效，而且估計(jì)用不了幾年，就將超過(guò)150 lm/W的功效，甚至可能超過(guò)最好的高強(qiáng)度放電燈。LED能提供大約同樣的每瓦光輸出量，而且還具有其他好處，例如長(zhǎng)壽命、耐用和節(jié)能環(huán)保等，所有這些都使得用LED構(gòu)成新一代前燈頗具吸引力。

　　設(shè)計(jì)參數(shù)

　　為了確保最佳性能和較長(zhǎng)的工作壽命，LED需要有效的驅(qū)動(dòng)電路。不管輸入電壓源的變化范圍有多寬，這些驅(qū)動(dòng)器IC都必須提供準(zhǔn)確、高效率的DC電流源和準(zhǔn)確的LED電壓調(diào)節(jié)。其次，驅(qū)動(dòng)器IC必須提供調(diào)光方法和多種保護(hù)功能，以防遇到LED開路或短路故障。除了能靠電氣環(huán)境非?？量痰钠囯娫纯偩€可靠工作，驅(qū)動(dòng)器IC還必須具有高成本效益并有效利用空間。

　　汽車電子瞬態(tài)造成的挑戰(zhàn)：停止/啟動(dòng)、冷車發(fā)動(dòng)和負(fù)載突降情況

　　為了最大限度地提高燃油里程，同時(shí)盡量降低碳排放量，可選擇的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)在不斷演變。無(wú)論這些新技術(shù)納入了混合電動(dòng)、清潔柴油還是更傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)，它們都有可能采用停止-啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)在全世界幾乎所有的混合動(dòng)力汽車中已十分普遍，停止-啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)已經(jīng)普遍存在，很多歐洲和亞洲的汽車制造商也一直在將這種設(shè)計(jì)納入傳統(tǒng)的汽油和柴油車輛中。美國(guó)福特汽車公司已宣布，將在很多面向美國(guó)市場(chǎng)的2012車型中，采用停止-啟動(dòng)系統(tǒng)。

　　LED 應(yīng)用于汽車前燈的意義

　　將LED應(yīng)用于汽車前燈意義非凡。第一.這些LED燈可靠壽命長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上(相當(dāng)于11年半的使用年限，甚至超過(guò)了汽車的壽命)，所以無(wú)需更換。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，LED可以永久性地嵌入到前燈中，無(wú)需為更換留出余地。這使得汽車款式能得到極大的改變，因?yàn)長(zhǎng)ED照明系統(tǒng)不需要像高強(qiáng)度放電燈或鹵素?zé)裟敲创蟮捏w積或面積。第二.在依靠輸入電功率提供光輸出 (以流明量度) 方面，高亮度LED燈還比鹵素?zé)舻男矢?并且在不久就將超過(guò)高強(qiáng)度放電燈。這勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生以下積極的影響：首先，LED燈從汽車總線獲取更少的電功率(在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車中，這一點(diǎn)尤其重要)。此外，LED燈減少了在照明系統(tǒng)中釋放出的熱量，從而無(wú)需另外裝上笨重、昂貴的散熱器。最后，通過(guò)使用高亮度LED陣列以及對(duì)LED陣列進(jìn)行電子控制或調(diào)光設(shè)計(jì)，LED前燈設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，可以為很多不同的行車條件優(yōu)化照明。