LED車(chē)燈面臨五大技術(shù)挑戰(zhàn)

　　隨著LED應(yīng)用技術(shù)的不斷提高和成本的逐步下降， LED燈在汽車(chē)電子上經(jīng)過(guò)近年來(lái)的技術(shù)驗(yàn)證、概念車(chē)展示等初步設(shè)想階段之后，越來(lái)越接近大范圍應(yīng)用于量產(chǎn)車(chē)系統(tǒng)中的美好前景。從奧迪R8電子系統(tǒng)全面使用LED燈開(kāi)始，到奔馳、寶馬、凱迪拉克、豐田等公司也推出了自己的LED燈替代傳統(tǒng)白熾光、HID燈的汽車(chē)車(chē)型，各種五彩繽紛的LED燈具為新型車(chē)增色不少，吸引了廣大消費(fèi)者的眼球，同時(shí)，也為未來(lái)的汽車(chē)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的亮點(diǎn)，相信不久會(huì)有更多的汽車(chē)廠家會(huì)將LED燈作為汽車(chē)照明、指示、背光和裝飾的首選。

　　LED適合于汽車(chē)電子的各種照明應(yīng)用，包括大燈(遠(yuǎn)光燈和近光燈)，霧燈，尾燈，剎車(chē)燈，轉(zhuǎn)向信號(hào)燈，白天行車(chē)燈，踏板照明燈，車(chē)內(nèi)照明燈，示寬燈，導(dǎo)航，娛樂(lè)系統(tǒng)，儀表背光燈及指示燈等。LED燈應(yīng)用于汽車(chē)系統(tǒng)中主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，顏色飽和度高，使輸出光線更加清晰柔和，符合汽車(chē)大燈應(yīng)用的特點(diǎn);第二，使用壽命長(zhǎng)，經(jīng)久耐用，抗震性強(qiáng)，可超過(guò)10000小時(shí)，而傳統(tǒng)鹵素?zé)魤勖话阍?00小時(shí)左右;第三，效率高，較少額外損耗，比起傳統(tǒng)燈的復(fù)雜散熱系統(tǒng)，可以看出LED燈的熱損耗要小得多，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到85%以上，尤其適合未來(lái)汽車(chē)注重節(jié)能的設(shè)計(jì)理念;第四，響應(yīng)速度快，不同于傳統(tǒng)白熾光，HID燈需要較長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮延遲，更實(shí)時(shí)反映車(chē)況和路況，留給駕駛者更長(zhǎng)的判斷時(shí)間，減少汽車(chē)安全事故;第五，體積小，重量輕，,可以實(shí)現(xiàn)更小巧精致的燈具，為其他的車(chē)型設(shè)計(jì)節(jié)約更多空間;第六，LED燈屬于但色性很好的光源，沒(méi)有紅外線，紫外線等其他光線，熱量、輻射很少，適合汽車(chē)室內(nèi)照明、背光應(yīng)用需求。

　　LED燈在汽車(chē)中的使用，目前主要集中在大燈、尾燈、照明燈、車(chē)載GPS背光等的使用上，尤其是尾燈，大約占整個(gè)市場(chǎng)的10%。

　　五大技術(shù)挑戰(zhàn)

　　國(guó)內(nèi)車(chē)用LED的規(guī)模目前僅占汽車(chē)光源市場(chǎng)10%左右的小份額,目前主要還是比較集中在高端車(chē)應(yīng)用中。盡管LED燈成本在持續(xù)下降，但要做到與傳統(tǒng)光源不相上下，還需要在質(zhì)量和產(chǎn)量上逐步提高，才能降低LED成本，擴(kuò)大LED的汽車(chē)電子市場(chǎng)占有份額。

　　成本高并非是延緩LED燈在汽車(chē)電子應(yīng)用的唯一因素，一些技術(shù)性能方面的難題也是需要去解決的，比如單個(gè)LED的光照強(qiáng)度仍顯不足，這就不能夠隨意減少LED的數(shù)目去縮小燈具體積;同時(shí)較小的體積不利于光源散熱，這就需要LED廠家做好產(chǎn)品的熱管理，才能將LED的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮得更充分，無(wú)論對(duì)于LED的壽命或演色性都能提供較佳的狀態(tài)，否則只能是適得其反，降低了產(chǎn)品質(zhì)量;LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率也是目前比較關(guān)鍵的問(wèn)題點(diǎn)，在大功率應(yīng)用中很多方案在兼顧成本的同時(shí)轉(zhuǎn)換效率并不高;還有目前我國(guó)LED燈應(yīng)用在汽車(chē)電子都屬于高端車(chē)，而高端車(chē)都大部分在國(guó)外汽車(chē)廠商控制，國(guó)外廠家對(duì)LED供應(yīng)商的選擇和認(rèn)證非?？量蹋瑖?guó)內(nèi)LED企業(yè)很難進(jìn)入其供應(yīng)鏈中;再有我國(guó)的LED燈生產(chǎn)水平大部分還停留在民用產(chǎn)品的要求范圍內(nèi)，很難達(dá)到汽車(chē)級(jí)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，即使達(dá)到汽車(chē)級(jí)應(yīng)用的一些廠家可能生產(chǎn)能力及保證產(chǎn)品一致性等方面也不一定夠，很難滿足量產(chǎn)汽車(chē)的大批量高質(zhì)量的需求。

　　因此LED燈要想加快在整個(gè)汽車(chē)光源上的占有率，必須首先在這些問(wèn)題上加大解決力度，如上所述的熱管理問(wèn)題、生產(chǎn)成本及產(chǎn)品一致性問(wèn)題等等。

　　汽車(chē)要求分立式LED驅(qū)動(dòng)電源

　　用恒壓源驅(qū)動(dòng)不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的可靠性、壽命和光衰。因此，LED必須使用恒流源驅(qū)動(dòng)。大多數(shù)LED都有規(guī)定的電流值，可以使用配置為恒流源的線形穩(wěn)壓器來(lái)驅(qū)動(dòng)，線性穩(wěn)壓器具有減少零部件數(shù)和降低電磁干擾(EMI)的優(yōu)點(diǎn)，但在效率和熱耗方面有嚴(yán)重的弊端，不適合大功率應(yīng)用，用開(kāi)關(guān)式電源(SMPS)則更適合在各種應(yīng)用中。

　　目前采用SMPS模式LED驅(qū)動(dòng)電源是市場(chǎng)主流，同時(shí)也分為分離器件組合方式和IC集成方式，IC集成模式如臺(tái)灣聚積科技(MacroBlock)、Zetex(Diodes)、TI和NSC等，主要特點(diǎn)是內(nèi)置MOSFET及其驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)有些集成了多路驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)調(diào)光和各種保護(hù)功能等，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，體積小，易于控制成本，但是由于這種應(yīng)用驅(qū)動(dòng)電流小，設(shè)計(jì)不夠靈活，控制精度不高，不能實(shí)現(xiàn)升壓模式等原因，在多數(shù)汽車(chē)電子應(yīng)用中有很大局限性，而采用PWM控制芯片及外置MOSFET實(shí)現(xiàn)的分離模式則可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)電子中大功率，高效率以及高穩(wěn)定性的應(yīng)用，它可以通過(guò)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合LED對(duì)電壓，電流和功率的需求，實(shí)現(xiàn)符合系統(tǒng)的整體目標(biāo)。在成本上也會(huì)隨著用量逐步降低。

　　歐洲前裝市場(chǎng)主流方案

　　目前MCU+MCP1630方案應(yīng)用在歐洲應(yīng)用相當(dāng)廣泛，占?xì)W洲前裝市場(chǎng)70%以上的市場(chǎng)，主要應(yīng)用在大燈(遠(yuǎn)光燈)、尾燈、閃燈等應(yīng)用，該芯片以其高可靠性能，高效率，靈活的功能，高性價(jià)比在汽車(chē)電子LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中樹(shù)立了很好的口碑，為國(guó)外一些大廠商LED驅(qū)動(dòng)的首選，同時(shí)，隨著用量的不斷增大，MCP1630成本優(yōu)勢(shì)也在越來(lái)越明顯，完全可以在中低端車(chē)型中應(yīng)用，更好地解決LED驅(qū)動(dòng)中的熱管理、效率、產(chǎn)品一致性等問(wèn)題。

　　MCP1630 是可用來(lái)開(kāi)發(fā)智能電源的一種高速脈寬調(diào)制器。MCP1630在峰值電流模式下可以達(dá)到1MHz頻率，CMOS輸出驅(qū)動(dòng)器可以直接控制MOSFET驅(qū)動(dòng)器或者低端N溝道MOSFET，可提供外部參考電源，靈活實(shí)現(xiàn)輸出電壓及電流調(diào)節(jié)設(shè)置;內(nèi)部高速比較器，高速帶寬/誤差放大器可以實(shí)現(xiàn)更快更精確的電流檢測(cè)，同時(shí)集成了過(guò)溫保護(hù)、欠壓鎖定功能，更好地實(shí)現(xiàn)更好的熱管理。當(dāng)與單片機(jī)配合，它可以通過(guò)控制電源系統(tǒng)的占空比以提供穩(wěn)定的輸出電壓或電流。單片機(jī)則用來(lái)調(diào)整輸出電壓或電流、開(kāi)關(guān)頻率、最大占空比以及可提高電源系統(tǒng)智能化和可調(diào)節(jié)性的其他特性。

　　在LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，如果電源電壓超出總LED電壓，就需要降壓轉(zhuǎn)換器。如果LED組的電壓超出電源電壓，就需要升壓轉(zhuǎn)換器。在汽車(chē)電源系統(tǒng)中，LED電壓可能高于或低于電源電壓，這樣，就應(yīng)該采用降壓/升壓或單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)等電源拓?fù)浼夹g(shù)。MCP1630能實(shí)現(xiàn)以上各種拓?fù)湓O(shè)計(jì)需要。同時(shí)秉承Microchip產(chǎn)品的一貫作風(fēng)(高穩(wěn)定性和產(chǎn)品一致性)，使LED的生產(chǎn)成本和質(zhì)量都得到提高。下面就以Microchip公司的高速PWM芯片MCP1630為例，通過(guò)SEPIC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)去闡述該方案的在汽車(chē)電子應(yīng)用中的適用性。

　　Microchip推出了采用PIC12F1823+MCP1630的SEPIC拓?fù)涞尼槍?duì)汽車(chē)尾燈/閃燈應(yīng)用DEMO，可實(shí)現(xiàn)+9V到+16V的輸入電壓，最高輸出電壓達(dá)到55V@350mA，驅(qū)動(dòng)10個(gè)1.5WLED燈，同時(shí)實(shí)現(xiàn)分級(jí)調(diào)光、欠壓、過(guò)溫保護(hù)等功能，轉(zhuǎn)換效率達(dá)85%以上 。

　　該應(yīng)用中MCP1630能夠使LED的負(fù)載電流在各種因素的影響下都控制在預(yù)先設(shè)計(jì)的水平上，電路將一個(gè)基準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)Vref與LED負(fù)載電壓或電流信號(hào)FB 送入信號(hào)控制模塊中進(jìn)行比較，誤差信號(hào)經(jīng)處理后送回初級(jí)控制IC中進(jìn)行處理，當(dāng)負(fù)載電流因各種因素而產(chǎn)生變化時(shí)，初級(jí)控制IC可以通過(guò)控制開(kāi)關(guān)使負(fù)載電流回到初始設(shè)計(jì)值上。通過(guò)反饋及過(guò)溫檢測(cè)，可以很好實(shí)現(xiàn)熱管理。

　　在所采用的拓?fù)渖希琒EPIC轉(zhuǎn)換器的效率雖然不如降壓穩(wěn)壓器或升壓穩(wěn)壓器，但它也有其優(yōu)點(diǎn),SEPIC同時(shí)擁有升壓及降壓的能力，特別適合汽車(chē)在冷啟動(dòng)的時(shí)候，電壓有可能低至4.5V左右,而另一方面，在汽車(chē)過(guò)載等情況下電壓會(huì)突升到40V以上的突升突降應(yīng)用，另一個(gè)極受汽車(chē)應(yīng)用關(guān)注的優(yōu)點(diǎn)在于其電路中間的電容器，它可為輸入與輸出之間提供非常有效的隔離。當(dāng)然SEPIC轉(zhuǎn)換器還有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是需要兩個(gè)電感器才能運(yùn)作。本應(yīng)用中將兩個(gè)電感以同心圓方式纏繞成對(duì)立的兩個(gè)分離元件，既節(jié)約成本又節(jié)約體積。同時(shí)MCP1630在峰值電流模式下由于有高速比較器的存在，可以在12ns內(nèi)快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)快速高精度的電流閉環(huán)。同時(shí)PIC12F1823通過(guò)AD檢測(cè)也能實(shí)現(xiàn)電壓檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)高效率控制。

　　除了可以作為SEPIC拓?fù)鋺?yīng)用，MCP1630同樣可以應(yīng)用于單獨(dú)的升壓/降壓電路中，主要應(yīng)用于汽車(chē)頭燈與日間行車(chē)燈等，可以實(shí)現(xiàn)LED串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)更高效控制應(yīng)用

　　除了MCP1630應(yīng)用，Microchip還推出了低成本MCU集成式LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用方案，如PIC12HV615，PIC16HV785，其內(nèi)部集成了高壓穩(wěn)壓器、高速硬件PWM模塊、比較器、ADC、運(yùn)放、電壓基準(zhǔn)等等，可以實(shí)現(xiàn)升壓或者降壓控制，應(yīng)用于車(chē)載設(shè)備背光源、儀表背光源、剎車(chē)照明燈等小功率應(yīng)用中，將傳統(tǒng)CCFL背光轉(zhuǎn)成LED背光。MCU的豐富資源可以實(shí)現(xiàn)更多的智能化功能，高度集成的應(yīng)用降低了成本，也簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，節(jié)約了空間，同樣有助于克服熱管理，提高效率。但是該應(yīng)用目前還不太適合在大功率應(yīng)用中。