簡介

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

    汽車前照燈應(yīng)用包括遠(yuǎn)光燈、近光燈、日間行車燈(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，如長使用壽命、設(shè)計(jì)靈活性及更強(qiáng)功能性。

   要能夠成功地開發(fā)及應(yīng)用包含多串高亮度(HB) LED的高性價(jià)比、高能效的燈模塊，取決于利用同等高能效系統(tǒng)級芯片(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在汽車領(lǐng)域中的早期應(yīng)用

   乘用車應(yīng)用中，最早大規(guī)模采用LED的是中央高位停車燈(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)向信號燈、尾燈及剎車燈的組合尾燈(RCL)也獲得大量應(yīng)用。特別是在組合尾燈組件中，LED能夠幫助大幅簡化透鏡及反射器的設(shè)計(jì)。LED相對于白熾燈泡，具有更強(qiáng)的耐用性及更長的預(yù)期壽命 (約3萬小時(shí)對比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)用是用作日間行車燈。盡管僅提供低光輸出并因此提供低能耗，日間行車燈就其定義而言，只要汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，它就始終開啟；所以事實(shí)上日間行車燈一直在消耗額外的燃油?；贚ED的日間行車燈消耗僅約9 W左右的功率，可將此額外燃油消耗降至絕對最低水平。

    HB LED有可能滿足包括遠(yuǎn)光燈、近光燈、日間行車燈、轉(zhuǎn)向信號燈及霧燈在內(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)勢的功能來早期轉(zhuǎn)用LED。前面提到的日間行車燈就是一個(gè)例子，正在越來越多的國家成為一個(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——背后的思考過程是遠(yuǎn)光燈使用的時(shí)間極少(僅在晚上且相對方向沒有車輛接近時(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，新的汽車設(shè)計(jì)中采用LED的趨勢將加速進(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)級芯片LED驅(qū)動(dòng)器將進(jìn)一步推動(dòng)此趨勢的發(fā)展；NCV786XX相對于開關(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

    在考慮汽車前照燈模塊，除顧及 HB LED相對于白熾燈、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)的魚鱗板(shutter)或其它運(yùn)動(dòng)部件來阻擋、調(diào)整光束或使光束轉(zhuǎn)向。當(dāng)使用HB LED串來提供此功能時(shí)，能夠以簡單地使LED串中特定LED導(dǎo)通或關(guān)閉來提供想要的效果。

    使用SoC LED驅(qū)動(dòng)器來控制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。例如能夠通過饋送GPS信息給SoC驅(qū)動(dòng)器來應(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輛正在哪個(gè)國家內(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(方式是將特定LED導(dǎo)通或關(guān)閉)，使汽車能夠自動(dòng)進(jìn)行夜間安全駕駛配置，而無論這個(gè)國家的交通法規(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來提供遠(yuǎn)光燈、近光燈、轉(zhuǎn)向信號燈及日間行車燈等功能，這表示對于任何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。開關(guān)穩(wěn)壓器能夠滿足溫度規(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相對于氙氣燈或鹵素?zé)舻膬?yōu)勢，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、日間行車燈、角燈及轉(zhuǎn)向信號燈的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)器可能會遇到的其它系統(tǒng)級挑戰(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串來提供不止一項(xiàng)功能，例如當(dāng)使用遙控開鎖(RKE)來開啟車門鎖時(shí)，日間行車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。

   對電池及為LED開關(guān)和調(diào)光提供低電磁輻射，對于提升系統(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，對驅(qū)動(dòng)器就不明顯了，除非對LED串進(jìn)行仔細(xì)的視覺檢查。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。使用軟件藉車身電子控制器能將這類信息通報(bào)給驅(qū)動(dòng)器，以快速地鑒別及校正任何問題。

    汽車平臺如在有可能的地方實(shí)現(xiàn)元器件標(biāo)準(zhǔn)化對于汽車制造商也有好處，因?yàn)檫@可簡化生產(chǎn)規(guī)劃，并且采購更大批量的相同元器件相對于每種不同元器件采購一些可能較經(jīng)濟(jì)。像NCV786XX系列的SoC LED驅(qū)動(dòng)器以多種方式來達(dá)到此要求。首先，通過為傳統(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的汽車平臺派生型號上。其次，通過借軟件而非硬件來支持LED配置，可以同一款器件的不同派生型號來在整部車的范圍內(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)格和相對于氙氣燈及鹵素?zé)舻倪B串優(yōu)勢等因素，正在加速HB LED技術(shù)應(yīng)用在新車平臺中。

   強(qiáng)固及高能效的SoC驅(qū)動(dòng)器對于成功應(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前照燈帶來的環(huán)保(節(jié)省燃油)、安全和便利能為汽車設(shè)計(jì)人員提供極佳途徑，幫助他們符合客戶的未來需求及將產(chǎn)品差異化。