Keith Szolusha，應(yīng)用工程師，凌力爾特公司

在高檔豪華車型中，基于LED的汽車前照燈是熱門的外在特征，但是，我們應(yīng)該了解它們的其它特性，這一點(diǎn)是很重要。在汽車前照燈的設(shè)計(jì)方面賦予了汽車設(shè)計(jì)師前所未有的自由度。其與眾不同的外觀和有利于環(huán)保的技術(shù)使豪華型汽車制造商在市場(chǎng)上擁有了可以炫耀的資本，并在充滿競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境中彰顯出別具一格的獨(dú)特風(fēng)采。LED擁有著耗能少、價(jià)格低和堅(jiān)固耐用的特點(diǎn)。它們的工作溫升低、效率高，從而為當(dāng)今高端汽車中的眾多其他電子功能節(jié)省了寶貴的電池電量和發(fā)生器帶寬，而且其耐用性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他的照明技術(shù)。

目前，市面上有三種基于燈泡的汽車前照燈，這些汽車前照燈可以很容易地通過(guò)其發(fā)光的顏色來(lái)識(shí)別，即：白熾燈（微黃光）、鹵素?zé)簦�黃白光）和HID（高強(qiáng)度氣體放電燈——藍(lán)光）。白熾燈泡和鹵素?zé)襞莶捎玫氖菬艚z，將肯定會(huì)以燒毀而告終。在如今的市場(chǎng)上，它們暗淡的黃色外觀被看作是“陳舊”和“便宜”（因?yàn)檎也坏礁�好的詞語(yǔ)來(lái)描述了）的象征。HID燈泡沒有燈絲，使用壽命長(zhǎng)一些（采用高電壓電荷來(lái)點(diǎn)燃?xì)怏w，以產(chǎn)生非常亮的光），但是高電壓電子元件和燈泡既昂貴，又易損，而且高色溫還導(dǎo)致其發(fā)光帶有輕微的“藍(lán)色”。縱然“艷藍(lán)”（或“艷紫”）色HID燈具有令人叫絕之處，但高昂的造價(jià)仍將成為其廣泛應(yīng)用的重大障礙。除此之外，不能調(diào)光也是其一大缺憾。

白光HB（高亮度）LED串使汽車前照燈設(shè)計(jì)師能夠?qū)ζ湫萝囆偷恼彰飨到y(tǒng)進(jìn)行了全面改造。可以把這種LED串分布或重塑成有趣而特別和前所未見的形狀。Audi R8 LED晝間行駛燈就是一個(gè)很好的例子（采用了一個(gè)約10W的LED）。您完全可以想象一款采用50W LED的完整汽車前照燈。Cadillac Escalade Platinum將于2008年夏天推出首款50W LED汽車前照燈，另外，Mercedes、Lexus和Audi公司均鄭重表示將步其后塵。競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)拉開帷幕。

LED的優(yōu)點(diǎn)

與其他類型的汽車前照燈相比，LED汽車前照燈具有多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

l           實(shí)現(xiàn)了高效率LED驅(qū)動(dòng)器（效率>93%）與高每瓦流明白光LED的組合，以抑制所需的電池電流。汽車電子產(chǎn)品的成長(zhǎng)以及燃料成本的飚升產(chǎn)生了對(duì)高效率電子元件的需求，旨在較大限度地降低發(fā)生器所承受的負(fù)載和電池的電量消耗。

l           LED發(fā)光的顏色既可以是真實(shí)的白光（盡可能地接近日光），也可以是任何的暖色白光以模仿“老式”汽車前照燈，從而營(yíng)造出“念舊”的外觀感受，此時(shí)，LED發(fā)出的光顯得“守舊”但卻很明亮。

l           LED串的使用壽命預(yù)計(jì)將超過(guò)汽車的壽命，從而給車主吃了一顆“定心丸”——昂貴的汽車前照燈發(fā)生故障以及被更換的可能性將得到較大限度的降低（如果不能完全消除的話）。

l           可以采用成本較低且易于使用的電子元件來(lái)驅(qū)動(dòng)50W LED汽車前照燈。DC/DC轉(zhuǎn)換器LED驅(qū)動(dòng)器被直接連接至電池，而無(wú)需擔(dān)心電池電壓的大范圍變動(dòng)。諸如HID等其他的高功率汽車前照燈技術(shù)需要采用非常高電壓（難以處理而且很危險(xiǎn)）的電子元件，并且必需承受由此產(chǎn)生的費(fèi)用。相比于其他替代方案，LED本身的成本低得多，而且，破碎的LED更換起來(lái)代價(jià)也不高。

l           采用LED可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)接通和關(guān)斷。由于它們是由一個(gè)受控的恒定電流驅(qū)動(dòng)器來(lái)供電的，因此還能夠進(jìn)行PWM（脈寬調(diào)制）調(diào)光，并在一個(gè)很寬的亮度設(shè)定值范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)即時(shí)運(yùn)行，而不會(huì)改變發(fā)光的顏色。

驅(qū)動(dòng)一個(gè)50W LED汽車前照燈需要些什么？

負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)LED的DC/DC轉(zhuǎn)換器是汽車前照燈設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一環(huán)。這種轉(zhuǎn)換器必須能夠以恒定和受控的LED電流來(lái)對(duì)一個(gè)50W LED汽車前照燈進(jìn)行高效供電，并把一個(gè)可在寬范圍內(nèi)變動(dòng)的電池電壓作為工作電源。想利用分立元件或者哪怕是線性穩(wěn)壓器來(lái)完成上述任務(wù)將會(huì)很困難，甚至是不可能的。如果再增添一些其他的基本要求，例如：恒定彩色條件下的高調(diào)光比（PWM調(diào)光）、低電流消耗、高效率（旨在保護(hù)電池系統(tǒng)）、較低的成本、低EMI、高溫條件下的可操作性、短路保護(hù)和開路LED保護(hù)等，將會(huì)使事情進(jìn)一步復(fù)雜化，而且這個(gè)問(wèn)題看起來(lái)似乎難以對(duì)付。

解決方案是采用開關(guān)穩(wěn)壓器。例如：凌力爾特公司的LT3755是一款高效率LED驅(qū)動(dòng)器DC/DC轉(zhuǎn)換器IC，專為驅(qū)動(dòng)汽車前照燈而設(shè)計(jì)。這使得它能夠非常容易地完成一個(gè)領(lǐng)先LED汽車前照燈系統(tǒng)的裝配、測(cè)試和設(shè)計(jì)。

50W升壓型LED驅(qū)動(dòng)器

LED串可以由任何能夠在LED串兩端產(chǎn)生正確的電壓、并對(duì)流過(guò)LED串的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)驅(qū)動(dòng)。在大多數(shù)場(chǎng)合中，較棘手的問(wèn)題是選擇適合某項(xiàng)任務(wù)的較佳穩(wěn)壓器IC。LT3755升壓型LED驅(qū)動(dòng)器IC具有易于從汽車電池來(lái)驅(qū)動(dòng)50W LED串、同時(shí)保持高LED電流準(zhǔn)確度的特點(diǎn)。

圖1. 用于1A/50V汽車前照燈的LT3755 50W升壓型LED驅(qū)動(dòng)器具有高效率和250:1的PWM調(diào)光比。

汽車電池的工作范圍為8V至16V（存在高達(dá)36V的短暫瞬變）。圖1所示的50W汽車前照燈驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓范圍為8V至36V（對(duì)于一個(gè)50V的1A LED串）。鑒于輸出電壓高于輸入電壓，升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)便成為了必然的選擇，以實(shí)現(xiàn)較有效和簡(jiǎn)單的DC/DC轉(zhuǎn)換器解決方案。

圖2. 50W升壓型LED驅(qū)動(dòng)器的效率高于93%（在12V輸入條件下）。

該電路所具備的極高效率較大限度地減小了汽車前照燈施加在當(dāng)今豪華型汽車中的極苛刻電子負(fù)載上的應(yīng)力。如圖2所示，在12V輸入條件下，該電路的效率高于93%。豪華型私家轎車、SUV和小型貨車裝飾了過(guò)多的附件和電子功能，從而在發(fā)生器和電池的待機(jī)功率上施加了一個(gè)很重的負(fù)載。當(dāng)汽車停駛或引擎被關(guān)閉時(shí)，從導(dǎo)航裝置到用于反光鏡調(diào)節(jié)的電動(dòng)機(jī)無(wú)一不在消耗著少量的功率。汽車電子產(chǎn)品必須具備高效率，并在汽車引擎被關(guān)閉時(shí)消耗很低的功率。對(duì)于圖1中的電路而言，當(dāng)照明燈關(guān)閉時(shí)，12V停機(jī)電流 <50μA。

由于擁有了改變汽車前照燈亮度的能力，因此為諸多新功能的問(wèn)世開辟了道路。LED串的亮度可以簡(jiǎn)單地通過(guò)降低流經(jīng)LED的電流來(lái)減弱。通過(guò)減小恒定電流（模擬調(diào)光）或在滿電流條件下以脈動(dòng)的方式使LED電流斷續(xù)地導(dǎo)通和關(guān)斷（PWM調(diào)光），便能完成上述任務(wù)。

PWM調(diào)光顯然要比模擬調(diào)光復(fù)雜，但它具有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，即：PWM調(diào)光保持了相同的LED彩色（這與亮度無(wú)關(guān)），而當(dāng)采用模擬調(diào)光時(shí)，LED的發(fā)光顏色會(huì)發(fā)生變化。這是因?yàn)樗�有LED的彩色都會(huì)隨著工作電流的變化而改變。

在PWM調(diào)光中，亮度是通過(guò)以某種恒定頻率來(lái)接通和關(guān)斷LED進(jìn)行控制的。重要的是應(yīng)采用一個(gè)足夠高的頻率（≥100Hz），這樣人眼就不會(huì)察覺到閃爍。由于周期的“接通”部分始終具有相同的電流，因此LED的彩色不受影響。調(diào)光是通過(guò)改變占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。雖然在任何給定的時(shí)刻流過(guò)LED的實(shí)際電流是“零”或“完全導(dǎo)通”，但調(diào)整占空比將有效地改變流過(guò)LED的平均電流。

圖3. LT3755 LED驅(qū)動(dòng)器電路的PWM調(diào)光波形顯示：ILED在100Hz的高調(diào)光比條件下保持了恒定的彩色（a）50:1調(diào)光比（b）100:1調(diào)光比（c）250:1調(diào)光比。

LT3755汽車前照燈電路的亮度可以運(yùn)用模擬調(diào)光方法進(jìn)行相當(dāng)準(zhǔn)確的調(diào)光（通過(guò)CTRL引腳電壓調(diào)節(jié)至其滿電流水平的1/50）。利用一個(gè)至PWM引腳的微控制器輸入，LT3755還能夠提供高得多而且非常準(zhǔn)確的調(diào)光比。圖3（a、b、c）中的PWM調(diào)光波形示出了對(duì)于高達(dá)0.4%亮度的50:1、100:1和250:1 PWM調(diào)光比（當(dāng)采用一個(gè)100Hz PWM調(diào)光頻率時(shí)）。

圖4. LED電流與電池電壓的關(guān)系——CTRL模擬調(diào)光使LED電流折返（V_IN < 10V，而且具遲滯的欠壓閉鎖低于8V輸入）。

PWM調(diào)光的頻率應(yīng)為100Hz或更高，這樣普通人眼在低照度條件下（此時(shí)照明燈將很有可能處于工作狀態(tài)）就不會(huì)察覺到它。人類的周圍視覺和低照度視覺通常能夠察覺到高達(dá)80Hz的頻率（有些人甚至能覺察到更高的頻率）。雖然可以增加PWM調(diào)光頻率，但較大PWM調(diào)光比將成比例地減小。較高的DC/DC轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率也可提供較高的PWM調(diào)光比，但這里選擇的是400kHz，旨在把開關(guān)電源的主要EMI分量排除在AM頻段以外。

圖1所示DC/DC轉(zhuǎn)換器前端上的濾波器用于限制傳導(dǎo)EMI。借助少量簡(jiǎn)單的L和C元件，可減少返回電池和其他電子電路的傳導(dǎo)頻譜。把開關(guān)頻率設(shè)定為400kHz將使EMI的主要分量處于AM頻段（從500kHz至2MHz）以外。

圖5. LT3755 50W LED驅(qū)動(dòng)器的傳導(dǎo)EMI符合CISP