發(fā)光二極管（LED）驅動器電子產(chǎn)品可改進汽車前燈樣式

20世紀90年代初，一種全新的高強度放電(HID)源出現(xiàn)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過渡以后，曾經(jīng)簡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，來把直流電池電壓源轉換成能合理調(diào)節(jié)光輸出的諧振交流電源。

這種變化把曾經(jīng)只涉及機械和光學系統(tǒng)的設計帶入高級電子產(chǎn)品設計人員的設計領域。在接下來的20年中，HID系統(tǒng)被工程師進一步改進成可同時實現(xiàn)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中?；贚ED的系統(tǒng)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(diào)節(jié)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源，LED驅動器是不可或缺的。

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

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

LED汽車前燈架構

由于相關組件固有的功率級，LED汽車前燈組件通常被設計成一個單級開關模式電源。一般而言，為了在負載突降和冷車啟動情況下提供調(diào)節(jié)功能，降壓-升壓型拓撲結構是首選。在負載突降期間，電池電壓可能會上升到60V(有時甚至更高);而在冷車啟動期間，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)的輸出電流進行調(diào)節(jié)。

1.這個典型的汽車前燈系統(tǒng)實施了一種單級功率架構，其中每個轉換器均可在該系統(tǒng)里調(diào)節(jié)一種不同的功能。

一個完整的前照明系統(tǒng)常由多個轉換器組成，每個轉換器負責調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的不同部分(圖1)。一般用獨立的LED串支持每種汽車前燈功能。通常只有 DRL和位置燈經(jīng)過多路復用成為一個串。在這種情況下，通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)功能以大約10%的占空比對DRL串進行調(diào)光來創(chuàng)建位置燈。

大多數(shù)現(xiàn)有的LED汽車前燈都具備兩個基本的電子組件：汽車前燈內(nèi)的LED陣列連同相關的光學和機械組件，以及置于耐候性外殼內(nèi)、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(diào)節(jié)器等電源轉換器以及可與系統(tǒng)中其它電子控制單元(ECU)進行通信的微處理器和收發(fā)器。位于駕駛艙附近的車身控制單元(BCU)可將命令發(fā)送到LCU，以管理汽車中的所有車身功能。

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

自適應前照明系統(tǒng)

各種汽車已在前燈(通常被稱為自適應前照明系統(tǒng) (AFS))中具有更復雜的功能。當前基于HID的AFS系統(tǒng)具有自動校平電機，該電機可校準汽車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，以免違反有關遠光燈和近光燈模式的規(guī)定。

此外，某些AFS還可改變HID源的水平位置(相對于方向盤位置)、速度，有時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，最大限度地增加光的輸出。不過，步進電機需要利用HID源來實現(xiàn)這樣的功能。步進電機會限制一次對多個條件作出反應的能力，可能會在汽車的整個生命周期中產(chǎn)生可靠性問題。

相同的AFS功能可在LED汽車前燈中輕而易舉地實現(xiàn)，增加的優(yōu)勢是更強、更綜合的可控性以及更高的可靠性。為獲得高動態(tài)功能，可利用前視攝像頭(通常出現(xiàn)在后視鏡組裝件內(nèi))來控制用于整個AFS的動態(tài)光輸出。這對于無眩光遠光燈系統(tǒng)(該系統(tǒng)允許駕駛員在任何時間同時使用遠光燈和近光燈)特別有用。在這樣的一個系統(tǒng)中，該攝像頭可在檢測到迎面駛來的汽車時，控制前燈系統(tǒng)關閉相關區(qū)域的燈。事實上，該攝像頭還有更先進的功能，如行人檢測功能、車道照明功能、避免碰撞功能以及其它安全關鍵功能。

自適應汽車前燈架構

自適應汽車前燈必需的增強型動態(tài)功能要求一種不同類型的電力電子架構。考慮到在輸入端出現(xiàn)負載突降和冷車啟動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。最常見的解決方案是采用一個升壓型穩(wěn)壓器將電池輸入轉換成穩(wěn)定的高電壓直流軌，然后再用獨立的降壓型轉換器來分別驅動系統(tǒng)中的每個串聯(lián)型LED串。

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

該系統(tǒng)更能在寬范圍的條件下進行精確調(diào)節(jié)，原理是第一個級可平息汽車電池的輸入瞬變事件，而第二個級則可保證在所有時間對輸出的調(diào)節(jié)都是一致的(圖2)。此外，與單級降壓-升壓型系統(tǒng)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(xù)波形。對于最高動態(tài)的系統(tǒng)(如無眩光遠光燈)，當進行PWM調(diào)光時通常需要降壓輸出來實現(xiàn)所需的調(diào)光分辨率和對比度。

LED矩陣管理器

雖然自適應汽車前燈架構看起來很有前途，但您如何有效地實現(xiàn)動態(tài)功能呢?如果我們把該系統(tǒng)作為可控光模式的系統(tǒng)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LED可帶來最大的設計靈活性。對于這個兩級升壓-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(shù)多達96個的設計中對每個LED進行獨立的PWM控制。

在包含多達96個LED的系統(tǒng)中使用TPS92661-Q1可以實現(xiàn)像素級控制(圖3)。該器件可為每一個LED提供獨立的PWM控制。此功能(假定調(diào)光比為1000:1，且調(diào)光頻率是可編程的)可實現(xiàn)幾乎任何級別的動態(tài)控制。無眩光遠光燈、動態(tài)折射光以及任何其它類型的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(tǒng)性能。

該器件具有12個串聯(lián)開關，這些開關的設計目的是以給定的占空比和頻率對LED周圍的電流進行分流。借助LCU上的微控制器實現(xiàn)的串行通信可為將被接收的高速調(diào)光命令(并且?guī)缀踉谒查g按其行事)提供路徑。

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

總之，LED矩陣管理器為汽車制造商提供了一個前所未有的全新照明系統(tǒng)平臺。無論是完全動態(tài)的AFS系統(tǒng)，還是復雜的迎賓燈序列，亦或是程式化的連續(xù)轉向指示燈，通過靈活、可擴展的像素級控制，就可以實現(xiàn)任何功能，。