汽車(chē)照明系統——飛速普及的LED

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）汽車(chē)的照明燈在過(guò)去常常選擇鹵素燈，而近幾年來(lái)，整車(chē)LED的應用開(kāi)始快速增長(cháng)。傳統鹵素燈的壽命僅500小時(shí)左右，而目前主流LED前照燈的壽命高達25000小時(shí)左右。壽命長(cháng)這一優(yōu)點(diǎn)幾乎讓LED車(chē)燈可以覆蓋車(chē)輛的整個(gè)生命周期。

汽車(chē)前照明大燈、轉向燈、尾燈、內飾燈等等外部、內部車(chē)燈應用，都開(kāi)始使用LED光源進(jìn)行設計組合。不只是汽車(chē)照明系統，從消費電子產(chǎn)品到工廠(chǎng)自動(dòng)化設備的照明系統，這些照明系統里的LED設計越來(lái)越多樣化，而且高度集成，這一特點(diǎn)在汽車(chē)照明系統里體現得尤為突出。



LED在汽車(chē)照明系統里的迅猛增長(cháng)

LED作為照明光源不僅壽命更長(cháng)，其光效也大大超過(guò)了普通鹵素燈，鹵素燈的光效在10-20Im/W，LED的光效在70-150Im/W，比起傳統燈的雜亂散熱體系，光效的提升在照明中會(huì )更加節能且高效。LED納秒級的響應時(shí)間比鹵素燈秒級的響應時(shí)間也更為安全，這一點(diǎn)在剎車(chē)距離上體現得尤為明顯。

隨著(zhù)LED設計和組合水平的不斷提高以及成本的逐步下探， LED光源在汽車(chē)電子上經(jīng)過(guò)近年來(lái)的驗證開(kāi)始在汽車(chē)照明系統里迅速提高占有率。根據TrendForce數據，2021年LED頭燈滲透率在全球乘用車(chē)中份額已經(jīng)達到60%，其中電動(dòng)車(chē)的LED頭燈滲透率更高，達到90%，預計2022年滲透率會(huì )分別提升至72%與92%。

此外，智能頭燈、標識燈、智能氛圍燈、MiniLED/HDR車(chē)用顯示等先進(jìn)技術(shù)也加速了LED在汽車(chē)照明中的滲透，在車(chē)用照明朝著(zhù)個(gè)性化、溝通顯示、駕駛輔助發(fā)展的今天，傳統車(chē)廠(chǎng)和電動(dòng)車(chē)廠(chǎng)都開(kāi)始在LED上想盡辦法做出差異化。

LED驅動(dòng)拓撲取舍

LED作為一種發(fā)光器件，自然是需要驅動(dòng)電路去控制的。一般當發(fā)光二極管的數量很多或者二極管耗電量比較大，這時(shí)候就需要驅動(dòng)了（往往是幾級的驅動(dòng)）?？紤]到LED組合的多樣化，對于設計人員來(lái)說(shuō)，設計出合適的LED驅動(dòng)并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。不過(guò)有一點(diǎn)可以明確的是，由于LED自身特性，發(fā)熱量大，需要限制電流進(jìn)行保護，因此恒流源驅動(dòng)是最好的LED驅動(dòng)方式。

傳統的驅動(dòng)原則以系統中LED的總功率水平為指標來(lái)衡量選擇不同的LED驅動(dòng)，如果總正向電壓高于輸入電壓，那么就需要選擇升壓拓撲來(lái)滿(mǎn)足電壓要求，如果低于輸入電壓，則需要使用降壓拓撲來(lái)提高整體效率。不過(guò)隨著(zhù)LED調光能力需求的提高以及其他需求的出現，在選擇LED驅動(dòng)時(shí)不僅要考慮到功率水平，還要充分考慮拓撲結構、效率、調光和混色方法。

拓撲結構的取舍在汽車(chē)LED系統中需要看LED使用的具體位置。比如在汽車(chē)照明的進(jìn)遠光燈、前照燈上，大部分都采用降壓式拓撲結構的驅動(dòng)，這種降壓驅動(dòng)在帶寬表現上十分出色，還能通過(guò)設計擴頻調頻以獲得很好的EMI性能，是一種LED驅動(dòng)里非常安全的拓撲選擇。升壓式LED驅動(dòng)的EMI性能同樣很優(yōu)秀，相比其他類(lèi)型拓撲來(lái)說(shuō)是最小的驅動(dòng)方案，在汽車(chē)近遠光燈、背光上應用更多。

LED驅動(dòng)與調光

目前在汽車(chē)LED里，常見(jiàn)的驅動(dòng)設計有三種，電阻限流、線(xiàn)性穩壓器以及開(kāi)關(guān)型轉換器。使用串聯(lián)電阻直接進(jìn)行驅動(dòng)的方式比較直接粗暴，基本只有在小功率的LED場(chǎng)景里才有可能用到，而且這種驅動(dòng)方式因為有尖峰電流的存在，很容易影響LED的使用壽命。

線(xiàn)性穩壓器方案和開(kāi)關(guān)型轉換器方案都是恒流驅動(dòng)，都可以支持模擬與數字調光。不同的是線(xiàn)性穩壓器驅動(dòng)方案受限于電壓偏小、效率偏低，更適合尾燈這種小電流LED應用場(chǎng)合。開(kāi)關(guān)型轉換器支持的拓撲很多，驅動(dòng)效率更優(yōu)，適合非常多高功率的場(chǎng)合。汽車(chē)照明系統里多數選擇此類(lèi)驅動(dòng)以平衡效率、電流、電壓。不管是哪一種驅動(dòng)方式，在汽車(chē)電子系統的復雜EMC環(huán)境里，都必須考量驅動(dòng)設計里的EMC要求。

在調光上，模擬調光和PWM數字調光仍是驅動(dòng)里主流的兩種方法。模擬調光突出一個(gè)電流可連續的優(yōu)點(diǎn)，能夠最大程度減少LED的閃爍。選擇模擬調光基本上很多都是因為L(cháng)ED應用場(chǎng)景需求光源減少閃爍，畢竟模擬調光可以調節的范圍受到硬件限制并不算靈活。不過(guò)模擬調光不用擔心噪聲問(wèn)題，這在汽車(chē)照明系統中是一個(gè)很大的優(yōu)勢。

PWM數字調光的電流是不連續的，但是不同的PWM調光方式能實(shí)現的效果不一，主FET方式、串聯(lián)FET式、并聯(lián)FET式能實(shí)現的調光比、調光速度各不相同，以不同的占空比來(lái)調制平均電流可以輕松獲得高達16位的分辨率，可以適配很多的LED場(chǎng)景。但是PWM數字調光必須對噪聲干擾做防護，否則極容易受到電噪聲、聲噪聲、光噪聲的干擾?，F在也有不少驅動(dòng)結合了兩種調光方式的方案，可以綜合各自的優(yōu)點(diǎn)。

寫(xiě)在最后

得益于驅動(dòng)器件技術(shù)的不斷提升，LED驅動(dòng)的集成度越來(lái)越高，可以滿(mǎn)足更高的功率密度、更高的效率和更小的封裝，給LED在各類(lèi)車(chē)燈應用里飛速普及提供了有力的支持，也為汽車(chē)照明系統的升級提供了澎湃的動(dòng)力。