汽車照明系統(tǒng)——飛速普及的LED

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）汽車的照明燈在過去常常選擇鹵素燈，而近幾年來，整車LED的應用開始快速增長。傳統(tǒng)鹵素燈的壽命僅500小時左右，而目前主流LED前照燈的壽命高達25000小時左右。壽命長這一優(yōu)點幾乎讓LED車燈可以覆蓋車輛的整個生命周期。

汽車前照明大燈、轉(zhuǎn)向燈、尾燈、內(nèi)飾燈等等外部、內(nèi)部車燈應用，都開始使用LED光源進行設計組合。不只是汽車照明系統(tǒng)，從消費電子產(chǎn)品到工廠自動化設備的照明系統(tǒng)，這些照明系統(tǒng)里的LED設計越來越多樣化，而且高度集成，這一特點在汽車照明系統(tǒng)里體現(xiàn)得尤為突出。



LED在汽車照明系統(tǒng)里的迅猛增長

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

隨著LED設計和組合水平的不斷提高以及成本的逐步下探， LED光源在汽車電子上經(jīng)過近年來的驗證開始在汽車照明系統(tǒng)里迅速提高占有率。根據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)，2021年LED頭燈滲透率在全球乘用車中份額已經(jīng)達到60%，其中電動車的LED頭燈滲透率更高，達到90%，預計2022年滲透率會分別提升至72%與92%。

此外，智能頭燈、標識燈、智能氛圍燈、MiniLED/HDR車用顯示等先進技術也加速了LED在汽車照明中的滲透，在車用照明朝著個性化、溝通顯示、駕駛輔助發(fā)展的今天，傳統(tǒng)車廠和電動車廠都開始在LED上想盡辦法做出差異化。

LED驅(qū)動拓撲取舍

LED作為一種發(fā)光器件，自然是需要驅(qū)動電路去控制的。一般當發(fā)光二極管的數(shù)量很多或者二極管耗電量比較大，這時候就需要驅(qū)動了（往往是幾級的驅(qū)動）?？紤]到LED組合的多樣化，對于設計人員來說，設計出合適的LED驅(qū)動并沒有那么簡單。不過有一點可以明確的是，由于LED自身特性，發(fā)熱量大，需要限制電流進行保護，因此恒流源驅(qū)動是最好的LED驅(qū)動方式。

傳統(tǒng)的驅(qū)動原則以系統(tǒng)中LED的總功率水平為指標來衡量選擇不同的LED驅(qū)動，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滿足電壓要求，如果低于輸入電壓，則需要使用降壓拓撲來提高整體效率。不過隨著LED調(diào)光能力需求的提高以及其他需求的出現(xiàn)，在選擇LED驅(qū)動時不僅要考慮到功率水平，還要充分考慮拓撲結(jié)構(gòu)、效率、調(diào)光和混色方法。

拓撲結(jié)構(gòu)的取舍在汽車LED系統(tǒng)中需要看LED使用的具體位置。比如在汽車照明的進遠光燈、前照燈上，大部分都采用降壓式拓撲結(jié)構(gòu)的驅(qū)動，這種降壓驅(qū)動在帶寬表現(xiàn)上十分出色，還能通過設計擴頻調(diào)頻以獲得很好的EMI性能，是一種LED驅(qū)動里非常安全的拓撲選擇。升壓式LED驅(qū)動的EMI性能同樣很優(yōu)秀，相比其他類型拓撲來說是最小的驅(qū)動方案，在汽車近遠光燈、背光上應用更多。

LED驅(qū)動與調(diào)光

目前在汽車LED里，常見的驅(qū)動設計有三種，電阻限流、線性穩(wěn)壓器以及開關型轉(zhuǎn)換器。使用串聯(lián)電阻直接進行驅(qū)動的方式比較直接粗暴，基本只有在小功率的LED場景里才有可能用到，而且這種驅(qū)動方式因為有尖峰電流的存在，很容易影響LED的使用壽命。

線性穩(wěn)壓器方案和開關型轉(zhuǎn)換器方案都是恒流驅(qū)動，都可以支持模擬與數(shù)字調(diào)光。不同的是線性穩(wěn)壓器驅(qū)動方案受限于電壓偏小、效率偏低，更適合尾燈這種小電流LED應用場合。開關型轉(zhuǎn)換器支持的拓撲很多，驅(qū)動效率更優(yōu)，適合非常多高功率的場合。汽車照明系統(tǒng)里多數(shù)選擇此類驅(qū)動以平衡效率、電流、電壓。不管是哪一種驅(qū)動方式，在汽車電子系統(tǒng)的復雜EMC環(huán)境里，都必須考量驅(qū)動設計里的EMC要求。

在調(diào)光上，模擬調(diào)光和PWM數(shù)字調(diào)光仍是驅(qū)動里主流的兩種方法。模擬調(diào)光突出一個電流可連續(xù)的優(yōu)點，能夠最大程度減少LED的閃爍。選擇模擬調(diào)光基本上很多都是因為LED應用場景需求光源減少閃爍，畢竟模擬調(diào)光可以調(diào)節(jié)的范圍受到硬件限制并不算靈活。不過模擬調(diào)光不用擔心噪聲問題，這在汽車照明系統(tǒng)中是一個很大的優(yōu)勢。

PWM數(shù)字調(diào)光的電流是不連續(xù)的，但是不同的PWM調(diào)光方式能實現(xiàn)的效果不一，主FET方式、串聯(lián)FET式、并聯(lián)FET式能實現(xiàn)的調(diào)光比、調(diào)光速度各不相同，以不同的占空比來調(diào)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場景。但是PWM數(shù)字調(diào)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。現(xiàn)在也有不少驅(qū)動結(jié)合了兩種調(diào)光方式的方案，可以綜合各自的優(yōu)點。

寫在最后

得益于驅(qū)動器件技術的不斷提升，LED驅(qū)動的集成度越來越高，可以滿足更高的功率密度、更高的效率和更小的封裝，給LED在各類車燈應用里飛速普及提供了有力的支持，也為汽車照明系統(tǒng)的升級提供了澎湃的動力。