汽車LED照明解決方案的挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)
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汽車工業(yè)對(duì)LED的可靠性同樣提出了嚴(yán)格的要求。LED解決方案必須能夠達(dá)到AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求。這就意味著，LED及驅(qū)動(dòng)器電子器件必須通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證。
此外，汽車制造商以及一級(jí)照明產(chǎn)品供應(yīng)商提出了其他的功能要求，比如利用LED來(lái)提供雙重功能，舉例來(lái)說(shuō)，日間行駛燈有時(shí)充當(dāng)停車燈，尾燈有時(shí)用作停止燈。這就意味著，LED提供的光必須具有兩個(gè)可以控制的輸出水平。為了避免不同電流水平下的色點(diǎn)偏移，多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)LED電流進(jìn)行一種脈沖寬度調(diào)制(PWM)處理，以減少LED的平均電流，同時(shí)還能使峰值電流維持恒定。這樣在相同的色點(diǎn)下，可以實(shí)現(xiàn)較低的光輸出水平。
LED對(duì)電子系統(tǒng)架構(gòu)的影響
實(shí)際上，LED的諸多功能和優(yōu)勢(shì)取決于用于驅(qū)動(dòng)它們的電子器件。電子驅(qū)動(dòng)器解決方案會(huì)對(duì)LED以及整個(gè)系統(tǒng)的效率和性能產(chǎn)生巨大影響。
圖1所示為一種針對(duì)外部LED燈的通用型LED照明系統(tǒng)架構(gòu)。圖中顯示了用于驅(qū)動(dòng)LED的一種通用照明控制模塊(LCM)的主要組件。雖然有些架構(gòu)的LED與驅(qū)動(dòng)器電子器件位于同一模塊上，但本方案的LED設(shè)于驅(qū)動(dòng)器控制模塊的一個(gè)獨(dú)立LED模塊上。
圖1：一種通用型汽車LED照明系統(tǒng)架構(gòu)
為了識(shí)別LED的批次，通常要采用一個(gè)篩選電阻或編碼電阻。通過(guò)測(cè)量該電阻的值，LCM可以確定應(yīng)向LED提供的確切電流量，以確保達(dá)到具體功能的光輸出要求。
LCM從車身控制模塊接收功率和控制信號(hào)。其中往往包括用于提供動(dòng)力的電池和地電源。有些架構(gòu)含有來(lái)自車身控制模塊的一條控制線路，通過(guò)其中的控制信號(hào)來(lái)改變LED串的功能。例如，當(dāng)用同一LED串來(lái)充當(dāng)日間行駛燈和停車燈時(shí)，就需要控制信號(hào)來(lái)選擇所需功能。更先進(jìn)的架構(gòu)采用CAN網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制照明，因而采用一條CAN總線電纜來(lái)確定具體功能。
為了對(duì)來(lái)自LED模塊和車身控制器的這些控制信號(hào)進(jìn)行處理，LCM有時(shí)會(huì)采用一個(gè)微控制器。該微控制器可以讀取這些控制信號(hào)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)器IC進(jìn)行相應(yīng)的配置。這有利于增加LCM的靈活性，使其可以驅(qū)動(dòng)任意LED配置，從而提高驅(qū)動(dòng)器控制板在不同汽車平臺(tái)中的重復(fù)利用價(jià)值。
驅(qū)動(dòng)器電路本身的主要功能是為L(zhǎng)ED串提供受控電流。該電路可以采用不同的架構(gòu)，比如線性調(diào)節(jié)器或開關(guān)調(diào)節(jié)器。然而，隨著功率水平的增加，效率變得越來(lái)越重要，因而通常采用開關(guān)調(diào)節(jié)器。這些轉(zhuǎn)換器可以采用升壓、降壓或降壓/升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有其自身的優(yōu)勢(shì)和不足，與輸出靈活性、效率和系統(tǒng)成本相關(guān)，具體應(yīng)用取決于具體設(shè)計(jì)。
在確定采用哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮以下事實(shí)：電池向LCM提供的電源電壓的變化范圍非常大，低至6V(現(xiàn)代起止發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng))，高達(dá)24V。就如多數(shù)汽車制造商堅(jiān)持的那樣，在這些條件下，外部照明功能應(yīng)能正常運(yùn)行，因此，驅(qū)動(dòng)器電路必須能在如此寬的輸入電壓范圍內(nèi)向LED串提供相應(yīng)的輸出電壓/電流，以驅(qū)動(dòng)LED。在這些要求下，經(jīng)常采用降壓/升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
另外，隨著照明控制模塊向通用型不斷發(fā)展，降壓/升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成了首要選擇，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)在輸出電壓方面具有最大的靈活性，不受輸入電壓影響，有效地彌補(bǔ)了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在效率方面的微小差異。
如前所述，LCM為L(zhǎng)ED提供PWM電流。然而，為了避免該P(yáng)WM電流使LED光發(fā)生肉眼可見的閃爍，一般采用200Hz以上的PWM頻率。PWM占空比也可以發(fā)生變化，以根據(jù)所需功能(如日間行駛燈或停車燈)向LED串提供不同的平均電流。
可見，燈光控制模塊必須能將來(lái)自車身控制器的輸入功率轉(zhuǎn)換成頻率超過(guò)200Hz且具有相應(yīng)占空比的PWM電流，以便向LED提供適當(dāng)?shù)钠骄娏?，從而?shí)現(xiàn)所需要的功能。
采用DC/DC開關(guān)調(diào)節(jié)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同樣需要確保控制模塊不輻射且不受電磁干擾。因此，需要采用正確的電子器件設(shè)計(jì)和電路板布局，以避免這種干擾。
在圖1的示意圖中，LED與驅(qū)動(dòng)器控制模塊相互獨(dú)立，二者由一個(gè)連接器相連。這種架構(gòu)要求對(duì)LED進(jìn)行保護(hù)，防止其電池或地引腳因連接器故障而意外短路，從而避免LED和驅(qū)動(dòng)器電路遭到損壞。
評(píng)論