盡管LED在汽車前照燈中的應(yīng)用有一些閃亮的例子，但是其采用率的增長(zhǎng)速度仍然不如人們預(yù)期的那么快，相對(duì)于面向普通照明之固態(tài)照明(SSL)產(chǎn)品的激增而言尤其如此。汽車應(yīng)用提出了一種獨(dú)特的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，而且成本處于相對(duì)較高的水平。然而，LED有望在車前燈中增添獨(dú)特的功能。而且，我們將提出一種能夠打造出擁有堅(jiān)固型功能之車前燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選項(xiàng)。
您可以將普通照明和汽車照明作比較。我們都還記得傳統(tǒng)的鎢絲燈泡。在2013年底，大多數(shù)美國(guó)家庭中常用的40W和60W白熾燈泡禁止在美國(guó)制造或從國(guó)外進(jìn)口;不過，它們?nèi)匀豢梢圆少?gòu)。另外還應(yīng)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(guó)環(huán)境保護(hù)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(fā)電量)，因?yàn)槭聦?shí)上，美國(guó)住宅照明約占美國(guó)電力消耗的14%(數(shù)據(jù)來源：Energy Information Administration)。固態(tài)LED照明燈僅需要約1/8的電力，就可產(chǎn)生同等流明的光輸出，因此LED燈已經(jīng)成功進(jìn)入了我們今天的世界。
照明燈從白熾燈到固態(tài)電子燈的演變過程與目前發(fā)生在汽車行業(yè)中的車輛照明的轉(zhuǎn)變類似。盡管紅光LED燈已經(jīng)用在尾燈中10多年了，但是只是在最近，汽車內(nèi)部和前向照明系統(tǒng)的變化才導(dǎo)致LED燈的采用率出現(xiàn)了顯著提高。例如，超過70%的汽車內(nèi)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(yuǎn)光、霧燈)代表著最大的商機(jī)，但也是滲透率最低的市場(chǎng)，很多人發(fā)現(xiàn)了這一矛盾，我就是其中之一。出現(xiàn)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(fèi)者愿意支付的價(jià)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(shè)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(xiàng)：
性能和設(shè)計(jì)靈活性―LED外形尺寸小，因此提供了設(shè)計(jì)靈活性，LED還提供范圍很大的調(diào)光能力。記住，人眼對(duì)光輸出的微小偏差是非常敏感的。
節(jié)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(zhǎng)的生命周期。
成本―這個(gè)特點(diǎn)似乎與直覺相悖，但是在非前燈應(yīng)用中，成本持續(xù)下降、耐用性和卓越的質(zhì)量已經(jīng)使LED成為最終消費(fèi)者價(jià)值的新標(biāo)準(zhǔn)。
監(jiān)管―很多政府法規(guī)規(guī)定了對(duì)白天行車燈和前燈以及其他照明應(yīng)用的要求，這些法規(guī)導(dǎo)致對(duì)LED照明的需求增大了。
奧迪被普遍認(rèn)為是LED應(yīng)用的領(lǐng)導(dǎo)者，我想，任何人對(duì)這一點(diǎn)都不會(huì)感到驚訝，因?yàn)閵W迪在幾乎任何外部汽車照明應(yīng)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(huì)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(dǎo)光束(圖1示出了光束控制的一個(gè)實(shí)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(dāng)然是成本?？梢匀〈鶯ED前燈的其他產(chǎn)品包括：白熾燈、鹵素?zé)艋蚋呙芏确烹?HID)氙氣燈。可比LED燈的價(jià)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(guó)得到采用)高100%，比HID氙氣燈(要實(shí)現(xiàn)與HID氙氣前燈可比的性能，需要一個(gè)比更低性能鹵素?zé)魞r(jià)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(xiàn)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?zé)艉虷ID燈之間，但是LED燈的光線聚焦度高得多，而且還可以控制產(chǎn)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(fā)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(fā)光時(shí)不產(chǎn)生熱量，但是通電時(shí)，在它們的發(fā)射器底部確實(shí)產(chǎn)生一定的熱量，因此對(duì)相鄰組件和連接電纜造成了潛在風(fēng)險(xiǎn)。由于這個(gè)原因，LED前燈需要冷卻系統(tǒng)(例如散熱器或風(fēng)扇)以避免熔化。此外，這類冷卻系統(tǒng)位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，對(duì)于其他一些需要保持合適溫度的系統(tǒng)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)艙不是個(gè)太涼爽的區(qū)域。這是LED前燈更難以設(shè)計(jì)、更難以在汽車中采用的另一個(gè)原因，也因此比HID燈價(jià)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(guó)商業(yè)類雜志近期發(fā)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(yuǎn)光燈。該系統(tǒng)的卓越之處是不會(huì)把光照射到行駛在其前方的車輛上，因此遠(yuǎn)光燈可以保持接通并自我調(diào)節(jié)，即使其前方有多達(dá)8輛汽車也不例外。與LED遠(yuǎn)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(yuǎn)(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(xiàn)在讓我們來解決在驅(qū)動(dòng)LED的挑戰(zhàn)。白熾燈要產(chǎn)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(qū)動(dòng)。(圖2)
圖2：LT3956IC可在寬調(diào)光范圍驅(qū)動(dòng)串聯(lián)LED
今天，LED驅(qū)動(dòng)器IC必須具有的一個(gè)關(guān)鍵性能特點(diǎn)是能夠充分調(diào)光。LED是用恒定電流驅(qū)動(dòng)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(diào)光方法。
第一種是模擬調(diào)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(dǎo)致LED色彩改變，或者LED電流控制不準(zhǔn)確。第二種方法是數(shù)字或脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)光。PWM調(diào)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(diào)光占空比與LED亮度成比例，而接通時(shí)的LED電流值保持在由LED驅(qū)動(dòng)器IC設(shè)定的值，從而在高調(diào)光比時(shí)保持了LED顏色的恒定。在某些應(yīng)用中，這種PWM調(diào)光方法可實(shí)現(xiàn)3000：1的調(diào)光比。
讓我們更加詳細(xì)地看一下典型車前燈電路中的一款專用LED驅(qū)動(dòng)器IC。新型LT3965可接受80V輸入和輸出，并能夠?qū)崿F(xiàn)一款恒定電流、恒定電壓轉(zhuǎn)換器。這拓?fù)涫乖撈骷軌蝌?qū)動(dòng)大電流LED。參見圖3。該器件具備一個(gè)內(nèi)部低壓側(cè)N溝道功率MOSFET，輸入額定值為84V、3.3A，由一個(gè)內(nèi)部調(diào)節(jié)的7.15V電源驅(qū)動(dòng)。固定頻率、電流模式架構(gòu)可在很寬的電源和輸出電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。以地為基準(zhǔn)的電壓FB引腳作為幾個(gè)LED保護(hù)功能的輸入，還使該轉(zhuǎn)換器可以作為一個(gè)恒定電壓源使用。頻率調(diào)節(jié)引腳使用戶能夠在100kHz至1MHz范圍內(nèi)設(shè)定頻率，以優(yōu)化效率、性能或外部組件尺寸。
圖3：一個(gè)I2C8-開關(guān)矩陣式調(diào)光器LED驅(qū)動(dòng)器IC
LT3956在LED串的高壓側(cè)檢測(cè)輸出電流(常稱為高壓側(cè)電流檢測(cè))。這是最靈活的LED驅(qū)動(dòng)方法，可實(shí)現(xiàn)升壓、降壓或降壓-升壓模式配置。
盡管LED前燈目前的市場(chǎng)滲透率低，但是顯然，性能提升太有吸引力了，汽車制造商對(duì)LED燈目前這種態(tài)度不可能持續(xù)太久。產(chǎn)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(jié)能以及純粹為了實(shí)現(xiàn)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(shí)，請(qǐng)留心看一下矩陣式照明，因?yàn)楫?dāng)您看向后視鏡時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，矩陣式照明及LED前燈的使用將有大幅增加。
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