在過(guò)去的數(shù) 10 年里,，LED 僅使用在汽車警示燈或類似的應(yīng)用方面,。然而,，高亮度 LED 的面世使這些光源能夠擴(kuò)大到汽車的內(nèi)部照明上,，而且還包括方向燈,、尾燈及剎車燈,。最新的發(fā)展是利用高亮度白光 LED 作為汽車的白天行車頭燈,，并提供明暗燈兩種功能。由于 LED 十分省電,，維修率低且具備較高的設(shè)計(jì)靈活性,，預(yù)計(jì)將有越來(lái)越多的汽車制造商轉(zhuǎn)用 LED 技術(shù)提供各種頭燈功能。
LED 汽車頭燈系統(tǒng)的要求
為產(chǎn)生頭燈所需的足夠亮度,，有必要使用多個(gè) LED 燈,。這些 LED 可以被安排成單一燈串或以 3 個(gè)~15 個(gè)為一組的多條燈串。為了安全起見(jiàn),，最好是將 LED 驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓限制于 60V 以下,，而 LED 驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓范圍最少應(yīng)為 8V~16V。汽車 LED 頭燈一般需要較大輸入電壓范圍,，以便在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)和負(fù)載突降期間提供頭燈功能,，具體電壓取決于汽車制造商，一般為 4V~24V 甚至 36V,。
這種應(yīng)用中,，可行的拓?fù)浞椒ㄊ巧龎骸⒔祲?/ 升壓及 SEPIC,。
圖 1 所示為三種頭燈常用的 LED 驅(qū)動(dòng)器拓?fù)洹?/p>
圖 1 最上方的電路為升壓拓?fù)?，這是最簡(jiǎn)單及最高效率的配置，但其缺點(diǎn)是不能為輸出提供完全安全的短路保護(hù),。此外,，其輸出電壓必須高于輸入電壓，并需視 LED 的安排而定,，因此有可能形成限制。圖 1 中間的電路為 SEPIC 拓?fù)?。這種方法可提供短路保護(hù)及寬廣的輸入和輸出電壓范圍,，而且輸出電壓可高于或低于輸入電壓。然而 SEPIC 拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是其對(duì)功率組件的要求比升壓及降壓 / 升壓的要高,。
圖 1 最下方的電路是建立在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的低邊升壓控制器基礎(chǔ)上的降壓 / 升壓浮動(dòng)拓?fù)?，它可以將?fù)載的能量送返到輸入,。在這個(gè)特殊的配置中，一個(gè)高邊電流傳感放大器負(fù)責(zé)感測(cè) LED 的電流,。和傳統(tǒng)的降壓 / 升壓拓?fù)湟粯?，電感器電流相?dāng)于 LED 電流 /(1- 占空比)。但這種配置當(dāng)遇到短路接地時(shí)不能為輸出提供完全的短路保護(hù),。
典型的設(shè)計(jì)實(shí)例
對(duì)于汽車 LED 頭燈來(lái)說(shuō),，直至現(xiàn)在還未能確定哪一種功率轉(zhuǎn)換拓?fù)洳抛钸m合它。對(duì)美國(guó)國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體最近推出的一款高功率 LED 控制器 LM3421 來(lái)說(shuō),，它能適用于所有拓?fù)?。該控制器適合恒流升壓、SEPIC,、降壓 / 升壓及反激拓?fù)?，而且還提供了各種不同拓?fù)涞膮⒖荚O(shè)計(jì)。例如,，圖 2 中的 LM3421 低邊控制器是恒流 SEPIC 應(yīng)用的實(shí)例,，該電路具備高速的調(diào)光功能。
雖然市面上有很多其它的低邊功率控制器,，但 LM3421 是專為高亮度 LED 應(yīng)用而設(shè)計(jì),，并且可分別為數(shù)字調(diào)光或仿真調(diào)光提供快速的數(shù)字調(diào)光功能及準(zhǔn)確的高邊電流感測(cè)。配合高邊電流感測(cè),，LED 驅(qū)動(dòng)器在驅(qū)動(dòng)器與 LED 之間只需使用一條接線,。接地回路方面，并不一定需要路由回到 LED 驅(qū)動(dòng)器,，而是可以通過(guò)車身進(jìn)行接地,。高開(kāi)關(guān)頻率讓設(shè)計(jì)人員可使用較細(xì)小的外部功率級(jí)組件，而強(qiáng)大的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器能力及低靜態(tài)電流則促成了高效率的功率轉(zhuǎn)換,。
“預(yù)測(cè)性關(guān)斷時(shí)間”控制模式應(yīng)該算是 LM3421 解決方案的最大優(yōu)點(diǎn),。與傳統(tǒng)的 PWM 電流模式控制相比，這種模式在沒(méi)有定時(shí)情況下,，預(yù)測(cè)性關(guān)斷時(shí)間控制在任何占空比時(shí)均不會(huì)出現(xiàn)電流模式的不穩(wěn)定現(xiàn)象,，同時(shí)它還允許不能在定時(shí)電流模式系統(tǒng)中(尤其是升壓拓?fù)?實(shí)現(xiàn)的占空比及電壓轉(zhuǎn)換率。此外,，這種控制也無(wú)需進(jìn)行斜率補(bǔ)償,。針對(duì)那些需要更多功能要求的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，LM3423 可以派上用場(chǎng),。該器件擁有一系列的額外功能,，包括 LED 輸出狀態(tài)標(biāo)記、故障標(biāo)記,、可編程的故障定時(shí)器,，以及一個(gè)可選擇調(diào)光輸出驅(qū)動(dòng)器極性的邏輯輸入,。
LED 車頭燈已整裝待發(fā)
第一輛純 LED 頭燈汽車已由一間德國(guó)車廠于 2008 年夏季進(jìn)行投產(chǎn)，其后雖有不少制造商紛紛積極研發(fā)并準(zhǔn)備生產(chǎn),，可是直到目前為止,，仍有一些障礙使 LED 頭燈未能破繭而出，這包括光度輸出能力,、高亮度 LED 的效率及驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展,。
不過(guò)，如今的高亮度 LED 的亮度已經(jīng)一代比一代出色,，一些優(yōu)秀的功率轉(zhuǎn)換電路使得在驅(qū)動(dòng) LED 方面獲得極大的改進(jìn)且更容易實(shí)現(xiàn),。基于這些發(fā)展,，相信 LED 頭燈將會(huì)越來(lái)越盛行,。雖然 LED 在生活中處處可見(jiàn)，但是 LED 也還有一些不足需要我們的設(shè)計(jì)人員擁有更加專業(yè)的知識(shí)儲(chǔ)備,，這樣才能設(shè)計(jì)出更加符合生活所需的產(chǎn)品,。