就驅(qū)動(dòng)高亮度LED而言，要求最苛刻的應(yīng)用就是汽車前燈照明應(yīng)用。有數(shù)據(jù)顯示，到2014年LED前燈市場(chǎng)將超過(guò)30億美元，并將以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。本文介紹的LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方案特別針對(duì)LED車前燈照明應(yīng)用，為設(shè)計(jì)師們提供新的選擇。
雖然LED 被許多汽車照明應(yīng)用所廣泛接納已經(jīng)好多年了，包括日間行車燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向燈和車內(nèi)照明等，但專門(mén)針對(duì)車前燈應(yīng)用的LED 仍比較新。目前，僅有少數(shù)量產(chǎn)車提供了LED 前燈，其中包括本田雅閣、奧迪A8 和 R8、雷克薩斯LS600h 和 RX450h、豐田普瑞斯、凱迪拉克凱雷德以及保時(shí)捷卡宴。有些業(yè)界估計(jì)數(shù)據(jù)表明，2013 年 LED 前燈市場(chǎng)大約為15億美元，預(yù)計(jì)到2014年，該市場(chǎng)將超過(guò)30億美元，并繼續(xù)以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
汽車照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)師最大的挑戰(zhàn)之一是：怎樣優(yōu)化最新一代高亮度LED 的所有優(yōu)勢(shì)。高亮度LED 需要一個(gè)準(zhǔn)確、高效率的DC 電流源，要有調(diào)光方法，而且必須提供各種保護(hù)功能。此外，這些LED 的驅(qū)動(dòng)器IC 必須設(shè)計(jì)為能在多種多樣的條件下滿足上述要求。因此，電源解決方案必須效率非常高、提供堅(jiān)固的功能和可靠性，同時(shí)又是非常緊湊和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的。可以說(shuō)，就驅(qū)動(dòng)高亮度LED 而言，要求最苛刻的應(yīng)用就是汽車前燈照明應(yīng)用，包括白天行車燈和前燈，因?yàn)檫@類應(yīng)用所處的是嚴(yán)酷的汽車電氣環(huán)境，必須提供大功率，一般在15W 至75W 之間，還必須放入空間非常有限的外殼中，在達(dá)到所有這一切要求的同時(shí)，還要保持富有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。
LED 白天行車燈和前燈
尺寸小、壽命極長(zhǎng)、低功耗、更強(qiáng)的調(diào)光能力等優(yōu)勢(shì)，是高亮度LED 白天行車燈和前燈得到廣泛采用的催化劑。幾家汽車制造商(例如奧迪和梅塞德斯奔馳、以及雷克薩斯和豐田)都用LED 設(shè)計(jì)了非常獨(dú)特的白天行車燈，讓這些白天行車燈成為前燈的“眉毛”或“底線”，以此彰顯品牌的獨(dú)有魅力。這些應(yīng)用不僅從設(shè)計(jì)角度來(lái)看非常獨(dú)特，而且在提供可靠、具成本效益的解決方案時(shí)也有一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。隨著高亮度LED 逐步用在近光和遠(yuǎn)光前燈中，這些挑戰(zhàn)也變得愈加顯著了。 起 / 停、冷車發(fā)動(dòng)和負(fù)載突降情況
雖然汽車系統(tǒng)電源總線在交流發(fā)電機(jī)給電池充電時(shí)采用14V 的標(biāo)稱電壓供電運(yùn)作，但是汽車運(yùn)轉(zhuǎn)中不同的狀況會(huì)導(dǎo)致該電壓短暫地下降到低至6V ( 在冷車發(fā)動(dòng)或車輛起 / 停期間)。在非常寒冷的天氣里，冷車發(fā)動(dòng)狀態(tài)會(huì)從電池抽取很大的電流以彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的高粘度，而這又會(huì)把電壓拉低至大約6V。同樣，一輛采用起 /停功能的汽車也會(huì)在引擎重新發(fā)動(dòng)時(shí)將電池電壓拉到6V 左右，而電池在車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)關(guān)閉時(shí)將承擔(dān)照明、空調(diào)和其他車載娛樂(lè)設(shè)備的繁重供電任務(wù)。當(dāng)電池電纜意外斷接 / 重接 ( 即：出現(xiàn)松動(dòng)) 而交流發(fā)電機(jī)仍然對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，就會(huì)發(fā)生負(fù)載突降情況，從而導(dǎo)致高達(dá)60V的瞬態(tài)電壓尖峰。
LED驅(qū)動(dòng)器短路保護(hù)
就白天行車燈和前燈而言，單串高亮度LED 串中包括6 到20 個(gè)LED。由于標(biāo)稱輸入電壓為13.8V，在某些瞬態(tài)情況下甚至更低，所以一般首選升壓型LED 驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)，因?yàn)檫@種架構(gòu)比SEPIC 或降壓- 升壓型設(shè)計(jì)效率更高、更簡(jiǎn)單和具成本效率。不過(guò)，直到不久前，升壓型架構(gòu)一直難以抵御短路的影響。在汽車應(yīng)用中這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)長(zhǎng)ED 在前端碰撞中容易被損壞，而且任何電弧都可能點(diǎn)燃濺出的汽油。由于這個(gè)原因，過(guò)去大多數(shù)前端照明LED 應(yīng)用都采用更昂貴和更復(fù)雜的SEPIC 解決放案，這種解決方案具備固有的短路保護(hù)能力。然而，隨著新的和具備非常堅(jiān)固保護(hù)能力的升壓型LED 驅(qū)動(dòng)器的出現(xiàn)，未來(lái)的應(yīng)用將會(huì)采用這種設(shè)計(jì)，以提供效率更高和具成本效益的解決方案。
LED驅(qū)動(dòng)器EMI 問(wèn)題
降低LED 驅(qū)動(dòng)器的任何電磁干擾(EMI) 都有利于電源總線的總體設(shè)計(jì)。因?yàn)長(zhǎng)ED 驅(qū)動(dòng)器通常是基于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的，所以降低開(kāi)關(guān)噪聲是人們所希望的。這可以通過(guò)采用擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。正如在圖2 中可以看到的那樣，這種調(diào)制方法通過(guò)在較寬的頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展頻譜，將輸出開(kāi)關(guān)噪聲降低了20dB，從而極大地減輕了EMI 問(wèn)題。
雖然LED 被許多汽車照明應(yīng)用所廣泛接納已經(jīng)好多年了，包括日間行車燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向燈和車內(nèi)照明等，但專門(mén)針對(duì)車前燈應(yīng)用的LED 仍比較新。目前，僅有少數(shù)量產(chǎn)車提供了LED 前燈，其中包括本田雅閣、奧迪A8 和 R8、雷克薩斯LS600h 和 RX450h、豐田普瑞斯、凱迪拉克凱雷德以及保時(shí)捷卡宴。有些業(yè)界估計(jì)數(shù)據(jù)表明，2013 年 LED 前燈市場(chǎng)大約為15億美元，預(yù)計(jì)到2014年，該市場(chǎng)將超過(guò)30億美元，并繼續(xù)以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
汽車照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)師最大的挑戰(zhàn)之一是：怎樣優(yōu)化最新一代高亮度LED 的所有優(yōu)勢(shì)。高亮度LED 需要一個(gè)準(zhǔn)確、高效率的DC 電流源，要有調(diào)光方法，而且必須提供各種保護(hù)功能。此外，這些LED 的驅(qū)動(dòng)器IC 必須設(shè)計(jì)為能在多種多樣的條件下滿足上述要求。因此，電源解決方案必須效率非常高、提供堅(jiān)固的功能和可靠性，同時(shí)又是非常緊湊和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的。可以說(shuō)，就驅(qū)動(dòng)高亮度LED 而言，要求最苛刻的應(yīng)用就是汽車前燈照明應(yīng)用，包括白天行車燈和前燈，因?yàn)檫@類應(yīng)用所處的是嚴(yán)酷的汽車電氣環(huán)境，必須提供大功率，一般在15W 至75W 之間，還必須放入空間非常有限的外殼中，在達(dá)到所有這一切要求的同時(shí)，還要保持富有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。
LED 白天行車燈和前燈
尺寸小、壽命極長(zhǎng)、低功耗、更強(qiáng)的調(diào)光能力等優(yōu)勢(shì)，是高亮度LED 白天行車燈和前燈得到廣泛采用的催化劑。幾家汽車制造商(例如奧迪和梅塞德斯奔馳、以及雷克薩斯和豐田)都用LED 設(shè)計(jì)了非常獨(dú)特的白天行車燈，讓這些白天行車燈成為前燈的“眉毛”或“底線”，以此彰顯品牌的獨(dú)有魅力。這些應(yīng)用不僅從設(shè)計(jì)角度來(lái)看非常獨(dú)特，而且在提供可靠、具成本效益的解決方案時(shí)也有一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。隨著高亮度LED 逐步用在近光和遠(yuǎn)光前燈中，這些挑戰(zhàn)也變得愈加顯著了。 起 / 停、冷車發(fā)動(dòng)和負(fù)載突降情況
雖然汽車系統(tǒng)電源總線在交流發(fā)電機(jī)給電池充電時(shí)采用14V 的標(biāo)稱電壓供電運(yùn)作，但是汽車運(yùn)轉(zhuǎn)中不同的狀況會(huì)導(dǎo)致該電壓短暫地下降到低至6V ( 在冷車發(fā)動(dòng)或車輛起 / 停期間)。在非常寒冷的天氣里，冷車發(fā)動(dòng)狀態(tài)會(huì)從電池抽取很大的電流以彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的高粘度，而這又會(huì)把電壓拉低至大約6V。同樣，一輛采用起 /停功能的汽車也會(huì)在引擎重新發(fā)動(dòng)時(shí)將電池電壓拉到6V 左右，而電池在車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)關(guān)閉時(shí)將承擔(dān)照明、空調(diào)和其他車載娛樂(lè)設(shè)備的繁重供電任務(wù)。當(dāng)電池電纜意外斷接 / 重接 ( 即：出現(xiàn)松動(dòng)) 而交流發(fā)電機(jī)仍然對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，就會(huì)發(fā)生負(fù)載突降情況，從而導(dǎo)致高達(dá)60V的瞬態(tài)電壓尖峰。
LED驅(qū)動(dòng)器短路保護(hù)
就白天行車燈和前燈而言，單串高亮度LED 串中包括6 到20 個(gè)LED。由于標(biāo)稱輸入電壓為13.8V，在某些瞬態(tài)情況下甚至更低，所以一般首選升壓型LED 驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)，因?yàn)檫@種架構(gòu)比SEPIC 或降壓- 升壓型設(shè)計(jì)效率更高、更簡(jiǎn)單和具成本效率。不過(guò)，直到不久前，升壓型架構(gòu)一直難以抵御短路的影響。在汽車應(yīng)用中這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)長(zhǎng)ED 在前端碰撞中容易被損壞，而且任何電弧都可能點(diǎn)燃濺出的汽油。由于這個(gè)原因，過(guò)去大多數(shù)前端照明LED 應(yīng)用都采用更昂貴和更復(fù)雜的SEPIC 解決放案，這種解決方案具備固有的短路保護(hù)能力。然而，隨著新的和具備非常堅(jiān)固保護(hù)能力的升壓型LED 驅(qū)動(dòng)器的出現(xiàn)，未來(lái)的應(yīng)用將會(huì)采用這種設(shè)計(jì)，以提供效率更高和具成本效益的解決方案。
LED驅(qū)動(dòng)器EMI 問(wèn)題
降低LED 驅(qū)動(dòng)器的任何電磁干擾(EMI) 都有利于電源總線的總體設(shè)計(jì)。因?yàn)長(zhǎng)ED 驅(qū)動(dòng)器通常是基于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的，所以降低開(kāi)關(guān)噪聲是人們所希望的。這可以通過(guò)采用擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。正如在圖2 中可以看到的那樣，這種調(diào)制方法通過(guò)在較寬的頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展頻譜，將輸出開(kāi)關(guān)噪聲降低了20dB，從而極大地減輕了EMI 問(wèn)題。
