改用發(fā)光二極管(LED)的固態(tài)技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，LED技術(shù)也在不斷發(fā)展，為我們的生活帶來各種便利，為我們提供各種各樣生活信息，造福著我們?nèi)祟?。雖然現(xiàn)在依法必須在車輛上安裝日行燈，但日行燈為汽車與箱型車設(shè)計人員提供許多機(jī)會，在多方面提升駕駛體驗(yàn)及其品牌形象。

上述提升的關(guān)鍵在于改用發(fā)光二極管(LED)的固態(tài)技術(shù)。由于提升核心制程的量子效率，因此現(xiàn)在可輕松獲得汽車用途所需可靠性的高亮度LED。以LED為基礎(chǔ)的燈具提供比傳統(tǒng)白熾燈泡更高的能源效率。根據(jù)估計，相較于傳統(tǒng)燈泡，LED日行燈較低的功耗可為傳統(tǒng)車輛每行駛1000公里節(jié)省2公升汽油，還能提升插電式油電混合車與電動車的有效行駛距離。

LED日行燈選項的進(jìn)一步優(yōu)勢是其組件具有更高的可靠性。LED超過10年有效使用壽命的耐久性，意味著在車輛使用壽命期間可能皆無需更換。如此使得制造商在風(fēng)格與設(shè)計上擁有更大的自由度，因?yàn)楦鼡Q時的可及性不像白熾燈泡那么重要。此外，LED所需的空間比燈泡小，因此日行燈可安裝于更多不同的位置，這一切皆可大幅強(qiáng)化汽車制造商的品牌形象。例如，設(shè)計人員可使用LED燈條呈現(xiàn)可象征制造商標(biāo)志的形狀，或者依循車輛的輪廓以打造更具有美感的形狀。

圖1.LED日行燈可提供獨(dú)特的造型選項

LED日行燈對于駕駛情況的變化可做出更好的反應(yīng)，例如，在起霧時可提高輸出，或者可降低亮度以作為停車燈使用。因此，LED燈條的有效調(diào)光控制是電源控制器的關(guān)鍵需求，但這并非唯一需求。

汽車環(huán)境會對日間與夜間行駛用的LED頭燈設(shè)計帶來一些無法預(yù)期的結(jié)果。用于這些設(shè)計中使用的組件，在開發(fā)時皆必須符合產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的明確要求，例如AECQ100與TS16949，還必須在超過消費(fèi)性應(yīng)用所要求的寬廣溫度范圍內(nèi)運(yùn)作，對于駕駛具有關(guān)鍵性的零件最高可達(dá)到+125°C。由于前端部分電子控制單元相互接近，因此低電磁干擾很重要。

LED電源與控制電路的需求有特定的電氣要求。即使在汽車正常運(yùn)作狀態(tài)下，供應(yīng)電壓的范圍也會涵蓋9V至16V。如此即可在從亞熱帶到熱帶的各種溫度范圍條件下，為電池進(jìn)行充電。但是實(shí)際電壓很容易超出上述限制。輸入電壓可從意外反向連接電池延伸到跨接啟動情況下12V電池電壓的兩倍，導(dǎo)致負(fù)載突降而發(fā)生故障，例如纜線運(yùn)作時稍有松動而發(fā)生暫時性的電池與發(fā)電機(jī)斷開連接時。結(jié)果將發(fā)生瞬態(tài)電壓突波，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)嘗試為未連接的電池進(jìn)行充電。即使使用集中式負(fù)載突降箝位電路，組件也必須能夠處理高達(dá)60V的輸入電壓。雖然汽車電氣系統(tǒng)內(nèi)部通常設(shè)有保護(hù)機(jī)制，但仍需要保護(hù)電路以因應(yīng)過電壓、欠壓、過電流、短路及過熱等情況。

除了上述故障情況之外，引進(jìn)引擎怠速熄火技術(shù)的重點(diǎn)在于節(jié)能設(shè)計，意味著必須注重更廣大的作業(yè)電壓范圍。當(dāng)車輛重新發(fā)動并準(zhǔn)備從靜止位置前進(jìn)時，來自引擎的大量電流需求會使電池電壓低于9V，通常最低會低至6V。LED驅(qū)動器面對的挑戰(zhàn)是提供調(diào)節(jié)良好的輸出電壓與LED電流，即使遭遇30V或更高的電壓突波時，LED產(chǎn)生的光線也不會改變。

單一調(diào)節(jié)器拓?fù)洳蛔阋蕴幚鞮ED控制器必須處理的條件范圍。在許多時候，電路必須做為升壓調(diào)節(jié)器以提供更長的LED燈條所需的較高電壓，但這將需要暫時切換至降壓運(yùn)作，當(dāng)供應(yīng)電壓增加時，產(chǎn)生的電壓會比電源電壓低。對于低電壓的LED鏈，將需要降壓配置。為避免汽車設(shè)計人員需使用不同的LED控制器進(jìn)行不同的布局配置，Diodes 的ZXLD1371Q提供可在降壓、升壓或降壓升壓模式中運(yùn)作的能力。降壓升壓模式可有效因應(yīng)隨著驅(qū)動LED燈條所需電壓而震蕩的電源變化。400kHz的切換頻率可提供高效率的電壓調(diào)節(jié)。

圖2.ZXLD1371QLED驅(qū)動控制器的功能方塊圖

變更感測電阻等支持組件的配置可在不同的功率控制模式之間切換控制器。為協(xié)助設(shè)計，Diodes網(wǎng)站上的計算器應(yīng)用程序提供全自動化的組件選擇，以加快開發(fā)與原型設(shè)計的速度。

該裝置采用修改后的遲滯控制算法，以在任何三種模式下提供高電流精度。對于確保LED驅(qū)動可在供應(yīng)電壓變化及LED數(shù)組之間提供一致的色彩與輸出位準(zhǔn)而言，電流精度極為重要。此設(shè)計確保不超過5%的偏差，使車輛前方兩個或更多的前向燈具數(shù)組可達(dá)到優(yōu)異的視覺匹配。車載支持脈沖寬度調(diào)變(PWM)調(diào)光，使其能夠控制LED燈條的亮度超過1000:1的比例，可在駕駛能見度不佳時支持高輸出，并在停車時將亮度降至非常低。

由于可在5V至60V電源范圍內(nèi)運(yùn)作，ZXLD1371Q可符合全電池與發(fā)電機(jī)電壓支持的要求，包括負(fù)載突降等情況?？刂破鲗⒃诟哌_(dá)+125°C的溫度下運(yùn)作，并包括LED燈條的熱保護(hù)回路，以確保在高溫條件下不會承受過大的電流應(yīng)力。整合故障報告為車輛電子設(shè)備的其余部分提供有效的整合。兩個腳位用于故障診斷。旗標(biāo)腳位可發(fā)出故障訊號;另一個腳位是多層級狀態(tài)引腳，可提供有關(guān)故障性質(zhì)的進(jìn)一步信息，例如過熱。整合LED控制器的可用性不僅可減少各種車輛設(shè)計中所需的庫存，還可減少車載組件的數(shù)量，節(jié)省電路板空間并簡化制造。

由于ZXLD1371Q符合AECQ100與TS16949標(biāo)準(zhǔn)，因此可輕松整合至新的汽車設(shè)計中，為制造商提供以LED為基礎(chǔ)的日行燈優(yōu)勢。雖然LED在生活中處處可見，但是LED也還有一些不足需要我們的設(shè)計人員擁有更加專業(yè)的知識儲備，這樣才能設(shè)計出更加符合生活所需的產(chǎn)品。