Tony Armstrong

凌力爾特公司   電源產品部  產品市場總監

成本和復雜性阻礙了 LED 車前燈的普及，但是 Tony Armstrong 認為：諸如矩陣式光束控制等功能將把此項技術推至重要位置。

盡管 LED 在汽車前照燈中的應用有一些閃亮的例子，但是其采用率的增長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照明 (SSL) 產品的激增而言尤其如此。汽車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前燈系統的設計選項

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您可以將普通照明和汽車照明作比較。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口；不過，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 (因此降低了發電量)，因為事實上，美國住宅照明約占美國電力消耗的 14% (數據來源： Energy Information Administration)。固態 LED 照明燈僅需要約 1/8 的電力，就可產生同等流明的光輸出，因此 LED 燈已經成功進入了我們今天的世界。

照明燈從白熾燈到固態電子燈的演變過程與目前發生在汽車行業中的車輛照明的轉變類似。盡管紅光 LED 燈已經用在尾燈中 10 多年了，但是只是在最近，汽車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提高。例如，超過 70% 的汽車內部指示燈和超過 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) 代表著最大的商機，但也是滲透率最低的市場，很多人發現了這一矛盾，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，汽車制造商無法以消費者愿意支付的價格提供 LED 前燈。

汽車前燈

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 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，而且還具備顯著地延長的生命周期。
• 成本 ―  這個特點似乎與直覺相悖，但是在非前燈應用中，成本持續下降、耐用性和卓越的質量已經使 LED 成為最終消費者價值的新標準。
• 監管 ―  很多政府法規規定了對白天行車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 應用的領導者，我想，任何人對這一點都不會感到驚訝，因為奧迪在幾乎任何外部汽車照明應用中都使用了 LED。任何人在后視鏡中看到奧迪著名的 “眼眉” 白天行車燈，都會覺得非常引人注目。此外，奧迪是第一家使用 LED 前燈的汽車制造商，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實例) 的矩陣式車前燈而廣為人知。

圖 1：此圖示出了矩陣式 LED 車前燈是怎樣散射光的

那么， LED 前燈為什么沒有像用于其他形式汽車照明的 LED 那樣流行起來呢? 答案當然是成本。可以取代 LED 前燈的其他產品包括：白熾燈、鹵素燈或高密度放電 (HID) 氙氣燈。可比 LED 燈的價格可能比鹵素前燈 (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 (要實現與 HID 氙氣前燈可比的性能，需要一個比更低性能鹵素燈價格高得多的 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 燈的光線聚焦度高得多，而且還可以控制產生不同形狀。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，汽車制造商能夠開發各種形狀的 LED 燈和組裝方法，以完美地與車型相配。

盡管 LED 發光時不產生熱量，但是通電時，在它們的發射器底部確實產生一定的熱量，因此對相鄰組件和連接電纜造成了潛在風險。由于這個原因，LED 前燈需要冷卻系統 (例如散熱器或風扇) 以避免熔化。此外，這類冷卻系統位于發動機艙內，對于其他一些需要保持合適溫度的系統而言，發動機艙不是個太涼爽的區域。這是 LED 前燈更難以設計、更難以在汽車中采用的另一個原因，也因此比 HID 燈價格更高。

另外，LED 也許并不是下一代車前燈的唯一備選方案。美國商業類雜志近期發表的一篇文章描述到：奧迪 (Audi) 目前在其高性能 R8 車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把光照射到行駛在其前方的車輛上，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 輛汽車也不例外。與 LED 遠光燈相比，Audi 的激光聚光燈能夠沿著行駛的道路把其光束投射兩倍之遠 (超過 500 英尺)，從而為駕駛者提供更大的能見距離。

IC 有助于 LED 前燈的采用

現在讓我們來解決在驅動LED的挑戰。白熾燈要產生光輸出，所需全部條件就是其燈絲中要有電流通過，與此不同，LED 需要專門的集成電路來驅動。(圖 2)

圖 2：LT3956 IC 可在寬調光范圍驅動串聯LED

今天，LED 驅動器 IC 必須具有的一個關鍵性能特點是能夠充分調光。LED 是用恒定電流驅動的，其 DC 電流值與 LED 亮度成比例。要通過控制 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 LED，這樣的變化人眼察覺不到。PWM 調光占空比與 LED 亮度成比例，而接通時的 LED 電流值保持在由 LED 驅動器 IC 設定的值，從而在高調光比時保持了 LED 顏色的恒定。在某些應用中，這種 PWM 調光方法可實現 3000 : 1 的調光比。

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

圖 3：一個I²C 8-開關矩陣式調光器 LED 驅動器IC

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

盡管 LED 前燈目前的市場滲透率低，但是顯然，性能提升太有吸引力了，汽車制造商對 LED 燈目前這種態度不可能持續太久。產生吸引力的原因包括：提高駕駛員行車安全性、靈活改變車身造型的能力、節能以及純粹為了實現好看的外觀。我們都知道，汽車外觀好看，我們就想買。您以后在駕車四處行走時，請留心看一下矩陣式照明，因為當您看向后視鏡時會發現，矩陣式照明及 LED 前燈的使用將有大幅增加。