簡(jiǎn)介

    LED相較于氙氣燈及鹵素?zé)舻葌鹘y(tǒng)車(chē)燈具有低能耗及高能效的優(yōu)勢(shì),，這對(duì)汽車(chē)工程師而言,，可減少CO2排放及實(shí)現(xiàn)在汽車(chē)各方面的節(jié)能任務(wù),。

    汽車(chē)前照燈應(yīng)用包括遠(yuǎn)光燈、近光燈,、日間行車(chē)燈(DRL)及示廓燈,，是能采用LED顯著節(jié)能及達(dá)到能效提升效果的一個(gè)領(lǐng)域，而在能效方面的優(yōu)勢(shì)又可以直接轉(zhuǎn)化為節(jié)省燃油消耗,。這還未論及基于LED的前照燈模塊相較于其它燈的重要優(yōu)勢(shì),，如長(zhǎng)使用壽命、設(shè)計(jì)靈活性及更強(qiáng)功能性,。

   要能夠成功地開(kāi)發(fā)及應(yīng)用包含多串高亮度(HB) LED的高性?xún)r(jià)比,、高能效的燈模塊，取決于利用同等高能效系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)方案的電子控制單元(ECU)的設(shè)計(jì),；這些SoC集成所有必需的具體前照燈功能,，包括診斷及連接功能。

LED在汽車(chē)領(lǐng)域中的早期應(yīng)用

   乘用車(chē)應(yīng)用中,，最早大規(guī)模采用LED的是中央高位停車(chē)燈(CHMSL),。能夠在不顯眼的低高度殼體中利用單串LED，極佳地匹配高位停車(chē)燈的應(yīng)用要求,。隨后,，基于LED的內(nèi)部照明及集成轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、尾燈及剎車(chē)燈的組合尾燈(RCL)也獲得大量應(yīng)用,。特別是在組合尾燈組件中,，LED能夠幫助大幅簡(jiǎn)化透鏡及反射器的設(shè)計(jì),。LED相對(duì)于白熾燈泡,，具有更強(qiáng)的耐用性及更長(zhǎng)的預(yù)期壽命 (約3萬(wàn)小時(shí)對(duì)比1,000小時(shí)),，使設(shè)計(jì)人員更愿意采用這種更新的技術(shù)。

高亮度LED在前照燈中的應(yīng)用

    技術(shù)的快速進(jìn)步幫助加速了光輸出顯著提升的HB LED的推出,，因此,，在前照燈應(yīng)用中使用LED已經(jīng)從可能變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。氙氣燈及鹵素?zé)粢呀?jīng)在技術(shù),、最高能效及成本降低方面進(jìn)入停滯期,，但LED仍處在同一行程的早期，因此使用HB LED相較于已有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)幅度正逐年提高,。

    LED在前照燈中的首代應(yīng)用是用作日間行車(chē)燈,。盡管僅提供低光輸出并因此提供低能耗，日間行車(chē)燈就其定義而言,，只要汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn),，它就始終開(kāi)啟；所以事實(shí)上日間行車(chē)燈一直在消耗額外的燃油,?；贚ED的日間行車(chē)燈消耗僅約9 W左右的功率，可將此額外燃油消耗降至絕對(duì)最低水平,。

    HB LED有可能滿(mǎn)足包括遠(yuǎn)光燈,、近光燈、日間行車(chē)燈,、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈及霧燈在內(nèi)的所有現(xiàn)有前照燈應(yīng)用的要求,，且有可能提供極優(yōu)方案，用于光束調(diào)整,、路面聚光等新興功能,。在通向前照燈模塊完全采用LED照明的演進(jìn)路徑上，某些汽車(chē)制造商目前僅選擇在節(jié)能(即更佳燃油經(jīng)濟(jì)性)方面提供最大優(yōu)勢(shì)的功能來(lái)早期轉(zhuǎn)用LED,。前面提到的日間行車(chē)燈就是一個(gè)例子,，正在越來(lái)越多的國(guó)家成為一個(gè)法定的要求。另一個(gè)例子是有關(guān)暫行維持使用鹵素遠(yuǎn)光燈的決定——背后的思考過(guò)程是遠(yuǎn)光燈使用的時(shí)間極少(僅在晚上且相對(duì)方向沒(méi)有車(chē)輛接近時(shí)使用),，相應(yīng)能夠節(jié)省的總能耗/燃油極少,。

   HB LED成本下降及整體性能提升，新的汽車(chē)設(shè)計(jì)中采用LED的趨勢(shì)將加速進(jìn)行,。諸如安森美半導(dǎo)體NCV786XX系列這樣的強(qiáng)固,、高能效(90%左右)系統(tǒng)級(jí)芯片LED驅(qū)動(dòng)器將進(jìn)一步推動(dòng)此趨勢(shì)的發(fā)展；NCV786XX相對(duì)于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器跨前了一大步,，配合前照燈的中等到大功率要求,，其雙LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用示意圖如圖1所示。

圖1：安森美半導(dǎo)體的NCV78663雙LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用示意圖

    在考慮汽車(chē)前照燈模塊,，除顧及 HB LED相對(duì)于白熾燈,、鹵素?zé)艏半瘹鉄羲哂械墓逃械凸β?、高能效屬性，還應(yīng)把涉及汽車(chē)其它應(yīng)用可省電的地方考慮在內(nèi),。例如,，為了提供前照燈彎道光束等先進(jìn)的安全攸關(guān)型功能，傳統(tǒng)前照燈利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的魚(yú)鱗板(shutter)或其它運(yùn)動(dòng)部件來(lái)阻擋,、調(diào)整光束或使光束轉(zhuǎn)向,。當(dāng)使用HB LED串來(lái)提供此功能時(shí)，能夠以簡(jiǎn)單地使LED串中特定LED導(dǎo)通或關(guān)閉來(lái)提供想要的效果,。

    使用SoC LED驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制HB LED串所提供的智能及靈活性能驅(qū)使在前照燈設(shè)計(jì)中加進(jìn)令人興奮的新功能,。例如能夠通過(guò)饋送GPS信息給SoC驅(qū)動(dòng)器來(lái)應(yīng)用動(dòng)態(tài)光束調(diào)整及方向調(diào)節(jié)，包括公路聚光功能,。GPS輸入甚至可以顯示車(chē)輛正在哪個(gè)國(guó)家內(nèi)駕駛,，并因此用于觸發(fā)調(diào)節(jié)近光燈的明暗截止(cut-off)線(xiàn)(方式是將特定LED導(dǎo)通或關(guān)閉)，使汽車(chē)能夠自動(dòng)進(jìn)行夜間安全駕駛配置,，而無(wú)論這個(gè)國(guó)家的交通法規(guī)規(guī)定的是靠左側(cè)道路或右側(cè)道路行駛,。

驅(qū)動(dòng)LED前照燈的系統(tǒng)級(jí)挑戰(zhàn)

   由于位置貼近發(fā)動(dòng)機(jī)艙的中心且集成多串LED來(lái)提供遠(yuǎn)光燈、近光燈,、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈及日間行車(chē)燈等功能,，這表示對(duì)于任何LED前照燈模塊驅(qū)動(dòng)器而言，高溫(高達(dá)125°C)性能及空間利用率都是前提要求,。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器能夠滿(mǎn)足溫度規(guī)范,；但它們欠缺系統(tǒng)集成度，需使用大量外部元器件,。諸如安森美半導(dǎo)體NCV786XX系列的SoC器件集成了所需的大多數(shù)功能,，因而外部元器件數(shù)量保持在絕對(duì)最少的水平。如果集成驅(qū)動(dòng)器能像NCV786XX這樣支持2個(gè)而非1個(gè)HB LED串(每串電壓最高60 V),，節(jié)省的空間,、重量及成本將進(jìn)一步增多。

   除須考慮HB LED相對(duì)于氙氣燈或鹵素?zé)舻膬?yōu)勢(shì),，也需思及驅(qū)動(dòng)前照燈LED所使用的SoC能效水平這關(guān)鍵因素,。包含遠(yuǎn)光燈、近光燈,、日間行車(chē)燈,、角燈及轉(zhuǎn)向信號(hào)燈的HB LED模塊的總功率需求將在90 W區(qū)間，故驅(qū)動(dòng)器(NCV786XX)提供約90%額定能效的重要性非常明顯,。而且,，LED驅(qū)動(dòng)器的高能效表示產(chǎn)生的熱量更少，故可使用更小的散熱片,。這不僅降低總成本,，還能夠大幅減輕重量,。

   使用集成SoC LED驅(qū)動(dòng)器可能會(huì)遇到的其它系統(tǒng)級(jí)挑戰(zhàn)也很多，而且隨著前照燈單元所含的功能趨向更多,，這些挑戰(zhàn)也隨之增多,。首當(dāng)其沖的就是支持脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)光的能力,；這就支持使用LED串來(lái)提供不止一項(xiàng)功能,，例如當(dāng)使用遙控開(kāi)鎖(RKE)來(lái)開(kāi)啟車(chē)門(mén)鎖時(shí)，日間行車(chē)燈降低光輸出就可以用作所謂的“迎賓”功能,。

   為了提供穩(wěn)定可靠的工作,，驅(qū)動(dòng)HB LED串時(shí)，低紋波及精確的平均電流穩(wěn)流很重要,。像安森美半導(dǎo)體NCV786XX系列的SoC前照燈LED驅(qū)動(dòng)器配合此要求,，提供僅15%的額定紋波電流；相比較而言,，傳統(tǒng)降壓-升壓型驅(qū)動(dòng)器提供約200%的紋波電流,。

   對(duì)電池及為L(zhǎng)ED開(kāi)關(guān)和調(diào)光提供低電磁輻射，對(duì)于提升系統(tǒng)總體可靠性以及將外部濾波元器件數(shù)量減至最少（因?yàn)檫@會(huì)增加成本,、重量及占用珍貴空間）等方面很重要,。

    在使用單個(gè)鹵素或氙氣燈泡來(lái)執(zhí)行近光燈等功能的前照燈設(shè)計(jì)中，如果燈泡失效,，驅(qū)動(dòng)器就能很明顯地感知到,。相對(duì)而言，如果設(shè)計(jì)用于執(zhí)行相同功能的LED串中有1個(gè)或2個(gè)LED失效,，對(duì)驅(qū)動(dòng)器就不明顯了,，除非對(duì)LED串進(jìn)行仔細(xì)的視覺(jué)檢查。不僅如此,，由于要照亮前面的道路,，故LED串有部分LED失效，就會(huì)影響到安全,。這就是為什么診斷能力是集成SoC LED驅(qū)動(dòng)器重要功能的一項(xiàng)示例,。使用軟件藉車(chē)身電子控制器能將這類(lèi)信息通報(bào)給驅(qū)動(dòng)器，以快速地鑒別及校正任何問(wèn)題,。

    汽車(chē)平臺(tái)如在有可能的地方實(shí)現(xiàn)元器件標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于汽車(chē)制造商也有好處,，因?yàn)檫@可簡(jiǎn)化生產(chǎn)規(guī)劃，并且采購(gòu)更大批量的相同元器件相對(duì)于每種不同元器件采購(gòu)一些可能較經(jīng)濟(jì),。像NCV786XX系列的SoC LED驅(qū)動(dòng)器以多種方式來(lái)達(dá)到此要求,。首先，通過(guò)為傳統(tǒng)照明電子控制單元(ECU)提供內(nèi)置接口能力,，LED驅(qū)動(dòng)器可以用在指定使用傳統(tǒng)鹵素或氙氣前照燈面而非HB LED的汽車(chē)平臺(tái)派生型號(hào)上,。其次,，通過(guò)借軟件而非硬件來(lái)支持LED配置，可以同一款器件的不同派生型號(hào)來(lái)在整部車(chē)的范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)前照燈應(yīng)用,。最后,，提供串行外設(shè)接口(SPI)，可選連接外部微控制器及動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)參數(shù),。

小結(jié)

    采用HB LED應(yīng)用于日間行車(chē)燈,，為前照燈中的采用作了較低調(diào)的起步。提升HB LED技術(shù)同時(shí)降低價(jià)格和相對(duì)于氙氣燈及鹵素?zé)舻倪B串優(yōu)勢(shì)等因素,，正在加速HB LED技術(shù)應(yīng)用在新車(chē)平臺(tái)中,。

   強(qiáng)固及高能效的SoC驅(qū)動(dòng)器對(duì)于成功應(yīng)用于新設(shè)計(jì)至關(guān)重要，因?yàn)檫@樣的驅(qū)動(dòng)器滿(mǎn)足寬范圍的系統(tǒng)挑戰(zhàn),，集成診斷功能,，且因能連接外部微控制器及傳統(tǒng)燈泡ECU而提供設(shè)計(jì)靈活性。

    全功能HB LED前照燈帶來(lái)的環(huán)保(節(jié)省燃油),、安全和便利能為汽車(chē)設(shè)計(jì)人員提供極佳途徑,，幫助他們符合客戶(hù)的未來(lái)需求及將產(chǎn)品差異化。