發(fā)光二極管（LED）驅動(dòng)器電子產(chǎn)品可改進(jìn)汽車(chē)前燈樣式

20世紀90年代初，一種全新的高強度放電(HID)源出現了。這種放電源能產(chǎn)生更高效、更明亮的燈光，并支持近光燈和遠光燈功能。然而，在向HID過(guò)渡以后，曾經(jīng)簡(jiǎn)單的電池連接就不足以控制燈光了。相反，HID源需要高級電力電子產(chǎn)品，來(lái)把直流電池電壓源轉換成能合理調節光輸出的諧振交流電源。

這種變化把曾經(jīng)只涉及機械和光學(xué)系統的設計帶入高級電子產(chǎn)品設計人員的設計領(lǐng)域。在接下來(lái)的20年中，HID系統被工程師進(jìn)一步改進(jìn)成可同時(shí)實(shí)現遠光燈/近光燈功能的高成本效益的解決方案。。然而，它仍然不具備更多的高級照明功能，因為單一的光源會(huì )受到固定尺寸的約束。

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2007年，首批基于發(fā)光二極管(LED)的前燈被應用在新型汽車(chē)中?；贚ED的系統因光源極小，所以可賦予設計人員更大的靈活性。當然，LED的調節還需要依靠某種電源的轉換。具體而言，要把電池電壓源轉換成適用于串聯(lián)或串聯(lián)/并聯(lián)型LED陣列的恒定電流驅動(dòng)源，LED驅動(dòng)器是不可或缺的。

與HID電子產(chǎn)品相似，LED驅動(dòng)器也會(huì )增加汽車(chē)前燈系統的成本和復雜性。盡管如此，LED驅動(dòng)器固有尺寸減小了，強度和顏色的可控性顯著(zhù)提高了，并且效率也有所提升。這給汽車(chē)制造商帶來(lái)的好處是：系統被改進(jìn)得更適合銷(xiāo)售。另外，設計人員還可以利用設計美觀(guān)和新穎的外形，該外形還可為汽車(chē)制造商建立有效的品牌認知度。

縱觀(guān)過(guò)去的8年，LED汽車(chē)前燈已慢慢從日間行車(chē)燈(DRL)或霧燈等單個(gè)LED功能選項，演變成一個(gè)集多功能于一身的完整LED前照燈系統。今天，大多數中高檔汽車(chē)均有一個(gè)完全基于LED的汽車(chē)前燈選項?，F在，讓我們深入地了解一下LED汽車(chē)前燈系統。

LED汽車(chē)前燈架構

由于相關(guān)組件固有的功率級，LED汽車(chē)前燈組件通常被設計成一個(gè)單級開(kāi)關(guān)模式電源。一般而言，為了在負載突降和冷車(chē)啟動(dòng)情況下提供調節功能，降壓-升壓型拓撲結構是首選。在負載突降期間，電池電壓可能會(huì )上升到60V(有時(shí)甚至更高);而在冷車(chē)啟動(dòng)期間，電池電壓則可能下降到4.5V甚至更低!在任一極端的輸入條件下，降壓-升壓型轉換器均可對流至LED串(總正向電壓高于或低于電池電壓)的輸出電流進(jìn)行調節。

1.這個(gè)典型的汽車(chē)前燈系統實(shí)施了一種單級功率架構，其中每個(gè)轉換器均可在該系統里調節一種不同的功能。

一個(gè)完整的前照明系統常由多個(gè)轉換器組成，每個(gè)轉換器負責調節該系統的不同部分(圖1)。一般用獨立的LED串支持每種汽車(chē)前燈功能。通常只有 DRL和位置燈經(jīng)過(guò)多路復用成為一個(gè)串。在這種情況下，通過(guò)脈沖寬度調制(PWM)功能以大約10%的占空比對DRL串進(jìn)行調光來(lái)創(chuàng )建位置燈。

大多數現有的LED汽車(chē)前燈都具備兩個(gè)基本的電子組件：汽車(chē)前燈內的LED陣列連同相關(guān)的光學(xué)和機械組件，以及置于耐候性外殼內、通常從外部連接的照明控制單元(LCU)。LCU印刷電路板(PCB)包含電流調節器等電源轉換器以及可與系統中其它電子控制單元(ECU)進(jìn)行通信的微處理器和收發(fā)器。位于駕駛艙附近的車(chē)身控制單元(BCU)可將命令發(fā)送到LCU，以管理汽車(chē)中的所有車(chē)身功能。

LED陣列本身位于金屬芯PCB(被連接至某個(gè)類(lèi)型的散熱系統)上。該電路板通常包含可對所需系統輸出電流進(jìn)行編程的LED、溫度補償和電流分檔信息。汽車(chē)前燈將含有多個(gè)LED陣列PCB，包括同時(shí)支持多種(如果不是全部)功能的獨立電路板。

自適應前照明系統

各種汽車(chē)已在前燈(通常被稱(chēng)為自適應前照明系統 (AFS))中具有更復雜的功能。當前基于HID的AFS系統具有自動(dòng)校平電機，該電機可校準汽車(chē)位置相對于地形的垂直變化。這就能確保燈在垂直軸上被精確地對準，以免違反有關(guān)遠光燈和近光燈模式的規定。

此外，某些AFS還可改變HID源的水平位置(相對于方向盤(pán)位置)、速度，有時(shí)還能改變攝像頭輸入。該功能可在駕駛員需要察看路況或是在潛在險情時(shí)，最大限度地增加光的輸出。不過(guò)，步進(jìn)電機需要利用HID源來(lái)實(shí)現這樣的功能。步進(jìn)電機會(huì )限制一次對多個(gè)條件作出反應的能力，可能會(huì )在汽車(chē)的整個(gè)生命周期中產(chǎn)生可靠性問(wèn)題。

相同的AFS功能可在LED汽車(chē)前燈中輕而易舉地實(shí)現，增加的優(yōu)勢是更強、更綜合的可控性以及更高的可靠性。為獲得高動(dòng)態(tài)功能，可利用前視攝像頭(通常出現在后視鏡組裝件內)來(lái)控制用于整個(gè)AFS的動(dòng)態(tài)光輸出。這對于無(wú)眩光遠光燈系統(該系統允許駕駛員在任何時(shí)間同時(shí)使用遠光燈和近光燈)特別有用。在這樣的一個(gè)系統中，該攝像頭可在檢測到迎面駛來(lái)的汽車(chē)時(shí)，控制前燈系統關(guān)閉相關(guān)區域的燈。事實(shí)上，該攝像頭還有更先進(jìn)的功能，如行人檢測功能、車(chē)道照明功能、避免碰撞功能以及其它安全關(guān)鍵功能。

自適應汽車(chē)前燈架構

自適應汽車(chē)前燈必需的增強型動(dòng)態(tài)功能要求一種不同類(lèi)型的電力電子架構?？紤]到在輸入端出現負載突降和冷車(chē)啟動(dòng)的情況下需要支持快速變化的輸出條件，兩級拓撲結構通常更受青睞。最常見(jiàn)的解決方案是采用一個(gè)升壓型穩壓器將電池輸入轉換成穩定的高電壓直流軌，然后再用獨立的降壓型轉換器來(lái)分別驅動(dòng)系統中的每個(gè)串聯(lián)型LED串。

2.自適應汽車(chē)前燈系統可采用兩級功率架構 —— 一個(gè)級能平息電池的輸入瞬變事件，另一個(gè)級則可確保對輸出的一致性調節。

該系統更能在寬范圍的條件下進(jìn)行精確調節，原理是第一個(gè)級可平息汽車(chē)電池的輸入瞬變事件，而第二個(gè)級則可保證在所有時(shí)間對輸出的調節都是一致的(圖2)。此外，與單級降壓-升壓型系統相比，該拓撲結構還能更有效地減少傳導和輻射的電磁干擾(EMI)，因為輸入和輸出電流都是連續波形。對于最高動(dòng)態(tài)的系統(如無(wú)眩光遠光燈)，當進(jìn)行PWM調光時(shí)通常需要降壓輸出來(lái)實(shí)現所需的調光分辨率和對比度。

LED矩陣管理器

雖然自適應汽車(chē)前燈架構看起來(lái)很有前途，但您如何有效地實(shí)現動(dòng)態(tài)功能呢?如果我們把該系統作為可控光模式的系統看待，那么我們可把它解析成像素級控制圖。當然，像素的定義可能有所不同，但以理想的方式分別控制每一個(gè)LED可帶來(lái)最大的設計靈活性。對于這個(gè)兩級升壓-降壓型架構，TPS92661-Q1 LED矩陣管理器可提供這些功能。

3.這種自適應汽車(chē)前燈架構采用德州儀器(TI)的TPS92661-Q1 LED矩陣管理器，該管理器能在LED總數多達96個(gè)的設計中對每個(gè)LED進(jìn)行獨立的PWM控制。

在包含多達96個(gè)LED的系統中使用TPS92661-Q1可以實(shí)現像素級控制(圖3)。該器件可為每一個(gè)LED提供獨立的PWM控制。此功能(假定調光比為1000:1，且調光頻率是可編程的)可實(shí)現幾乎任何級別的動(dòng)態(tài)控制。無(wú)眩光遠光燈、動(dòng)態(tài)折射光以及任何其它類(lèi)型的AFS功能都更容易添加到任何兩級LCU設計。該矩陣管理器可直接安裝到LED陣列所在的金屬芯PCB上，從而有助于優(yōu)化熱連接和系統性能。

該器件具有12個(gè)串聯(lián)開(kāi)關(guān)，這些開(kāi)關(guān)的設計目的是以給定的占空比和頻率對LED周?chē)碾娏鬟M(jìn)行分流。借助LCU上的微控制器實(shí)現的串行通信可為將被接收的高速調光命令(并且幾乎在瞬間按其行事)提供路徑。

另外一個(gè)優(yōu)勢與固有的故障覆蓋率相關(guān)。和典型的LED串驅動(dòng)器不同的是，TPS92661-Q1可分別接觸到每個(gè)LED，使其能檢測并防止任何故障。這添加了一個(gè)額外的覆蓋層，有助于延長(cháng)汽車(chē)前燈的壽命。如果單個(gè)LED在開(kāi)路或短路情況下發(fā)生故障，那么該LED串就能得到保護，且周?chē)腖ED輸出能被增加，以維持所需的光級。

總之，LED矩陣管理器為汽車(chē)制造商提供了一個(gè)前所未有的全新照明系統平臺。無(wú)論是完全動(dòng)態(tài)的AFS系統，還是復雜的迎賓燈序列，亦或是程式化的連續轉向指示燈，通過(guò)靈活、可擴展的像素級控制，就可以實(shí)現任何功能，。