SDT拓撲結(jié)構(gòu)助力LED畫素?zé)魪娀m應(yīng)性車燈效能
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根據(jù)歐盟進行的一項研究，有超過60%的嚴重交通事故發(fā)生在非白天的時間。為了減輕這驚人的數(shù)字，汽車制造商如今正在探索使用精密程度較高的照明硬體。本文將詳述正在興起的畫素?zé)?PixelLight)技術(shù)，審視市場上配合此技術(shù)的不同控制方法，并在應(yīng)用之前確認，在這些控制技術(shù)選擇中，哪一種最有潛力應(yīng)用于下一代的汽車中。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201612/325292.htm過去十年來，在汽車照明方面，白熾燈逐漸被被固態(tài)照明光源取代。最初的固態(tài)照明應(yīng)用局限于相對不緊急的照明任務(wù)，如座艙內(nèi)照明、停車燈及儀表板背光。但近年來，發(fā)光二極體(LED)已經(jīng)被指定用于中檔車及豪華車的頭燈系統(tǒng)；甚至在入門車款中，以LED為基礎(chǔ)的頭燈系統(tǒng)也是可選用的額外配件。此一發(fā)展持續(xù)變遷的關(guān)鍵因素之一，是因為LED元件可提供更高可靠性及更低能耗，而固態(tài)照明的彈性以及每個發(fā)光體輸出功率的潛在可調(diào)節(jié)能力，更對汽車安全擁有重要影響力。
取代傳統(tǒng)照明方式畫素?zé)艨烧{(diào)光束安全性大增
創(chuàng)新、高度可調(diào)節(jié)光電子技術(shù)的出現(xiàn)，促使適應(yīng)性前照燈系統(tǒng)(AFS)方案在汽車中應(yīng)用方式的變革，使駕駛行車安全性大幅提升。透過使用畫素?zé)?圖1)，如今可以產(chǎn)生任何特殊的照明光束形狀，滿足改善駕駛?cè)藛T行車視野的需求，包括讓離散LED發(fā)光體啟用、關(guān)閉或調(diào)光，以構(gòu)成精確匹配每個點要求的AFS發(fā)光形狀。
圖1 畫素?zé)粝到y(tǒng)示例
跟使用傳統(tǒng)白熾燈泡(依靠電機控制光束調(diào)節(jié))的AFS應(yīng)用方式相比，使用畫素?zé)舻亩鄠€LED發(fā)光體控制提供有更有效的策略。透過接入車輛的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS)，可以控制發(fā)光體的光輸出，從而構(gòu)成更好的光速照亮前方彎路，例如在山路時可升高及降低光束(圖2)。
圖2 畫素?zé)艨烧{(diào)節(jié)照明光束
此外，透過將此技術(shù)與成像系統(tǒng)相結(jié)合，也可大幅改善對道路標志、行人及駕駛?cè)艘暰€中其他對象的照明效果，同時還大幅降低迎面而來的車輛可能會遇到的眩光問題。圖3顯示從相反方向駛近的汽車所在區(qū)域可以怎樣排除在遠光燈照射范圍之外，因而消除眩光效果。
圖3 AFS應(yīng)用比較：(左)使用畫素?zé)舻姆姥Ｄ窟h光燈；(右)不含防眩目功能的遠光燈
由于使用畫素?zé)?，?span id="fhbnhvv" class="hrefStyle">LED為基礎(chǔ)的AFS應(yīng)用能夠在發(fā)光體等級進行照明光束的彎曲及旋轉(zhuǎn)，它們基本上毋須在照明系統(tǒng)中納入彎曲(Bending)馬達。畫素?zé)暨€能調(diào)整光束，因而也無需光束成形馬達。同樣地，透過適應(yīng)性截止線路(ACOL)，雖然它需要具備高畫素數(shù)的前照燈，但也省去了水平調(diào)節(jié)馬達的需求。
畫素?zé)趄?qū)動拓撲結(jié)構(gòu)
目前有兩種基本的畫素?zé)鬉FS系統(tǒng)驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)。
并列驅(qū)動拓撲
對于使用并列驅(qū)動拓撲(PDT)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)而言，須要使用大功率降壓轉(zhuǎn)換器做為電流源。由于PDT包含大電流軌，每個LED發(fā)光體都有一條連接路徑。各個發(fā)光體電氣參數(shù)的差異，可能對照明應(yīng)用的整體性能有重要影響。由于發(fā)光體陽極-陰極電壓可能存在頗大差異，以致須要耗散大量的熱。這將增加能耗，并導(dǎo)致電路中增添更全面的散熱管理機制(也增加了成本及占用的空間)。此拓撲結(jié)構(gòu)不太可能在AFS應(yīng)用中得到大規(guī)模使用，除非能夠有更好的LED匹配。
串列驅(qū)動拓撲
跟每個LED發(fā)射器都有恒流源的PDT拓撲結(jié)構(gòu)不同，以串列驅(qū)動拓撲(SDT)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)要求每個LED串有兩條連接路徑，并且使用一個LED串驅(qū)動器來確保為這些LED串中的每一串提供恒定電流。畫素陣列中的各個發(fā)射器被關(guān)閉/調(diào)節(jié)，以透過短路開關(guān)改變光束的形狀。如果在電路中增添一個輔助晶片，透過系統(tǒng)畫分過程，有可能避免并列拓撲結(jié)構(gòu)固有的能耗及熱管理問題。由于串列拓撲結(jié)構(gòu)使每串LED共用恒流源，不同于PDT，不要求電流匹配，因而具備明顯的成本優(yōu)勢。
圖4 驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)的變遷：(左)PDT應(yīng)用；(右)SDT應(yīng)用 SDT看上去為業(yè)界提供了一種好的拓撲結(jié)構(gòu)，藉此可驅(qū)動以畫素?zé)艏夹g(shù)為基礎(chǔ)的AFS系統(tǒng)。然而，如果這些系統(tǒng)在未來幾年進入市場的汽車中變得常見，那么它們將需要透過使用高成本效益的模組化電子電路來應(yīng)用。
圖5描繪的是使用串列拓撲結(jié)構(gòu)、帶系統(tǒng)劃分的驅(qū)動電路。這是半導(dǎo)體晶片商提供的降壓升壓LED驅(qū)動IC，此IC為系統(tǒng)提供電流源。配合此高整合度元件的整合型畫素控制器/輔助晶片。此應(yīng)用方式的模組化特征極佳地配合汽車制造商遵循的產(chǎn)品開發(fā)策略。它降低元件成本，精簡實作過程，加快完成系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用。
圖5 使用系統(tǒng)畫分的基本畫素控制器電路
總而言之，畫素?zé)艟邆涓训男阅芴匦?、?yōu)異的功能及快速切換能力，極有潛力改善各種困難駕駛條件下的道路安全性。
照明光束可以形成最適合的形狀，或是根據(jù)要求來彎曲，且提供更高精確度和更快回應(yīng)速度。它還允許在有需要時在光束內(nèi)布設(shè)多個空白區(qū)域。在實現(xiàn)所有需求的同時，還能省去對馬達(及配套驅(qū)動IC等)的需求。
因此，前照燈系統(tǒng)需要的電子電路復(fù)雜程度可以大幅降低，并可以大幅縮減物料單(BOM)。SDT透過其固有的電流匹配特性，將能夠使用畫素?zé)艏夹g(shù)構(gòu)建簡化的高能效控制方案。此外，透過指定使用高性能半導(dǎo)體元件，能夠應(yīng)用汽車制造商已經(jīng)開始堅持的模組化設(shè)計途徑。
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