汽車LED照明解決方案的挑戰(zhàn)和應(yīng)對
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汽車工業(yè)對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)動器電子器件必須通過該標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證。
此外，汽車制造商以及一級照明產(chǎn)品供應(yīng)商提出了其他的功能要求，比如利用LED來提供雙重功能，舉例來說，日間行駛燈有時充當(dāng)停車燈，尾燈有時用作停止燈。這就意味著，LED提供的光必須具有兩個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)計通過對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，同時還能使峰值電流維持恒定。這樣在相同的色點(diǎn)下，可以實現(xiàn)較低的光輸出水平。
LED對電子系統(tǒng)架構(gòu)的影響
實際上，LED的諸多功能和優(yōu)勢取決于用于驅(qū)動它們的電子器件。電子驅(qū)動器解決方案會對LED以及整個系統(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)動器電子器件位于同一模塊上，但本方案的LED設(shè)于驅(qū)動器控制模塊的一個獨(dú)立LED模塊上。
圖1：一種通用型汽車LED照明系統(tǒng)架構(gòu)
為了識別LED的批次，通常要采用一個篩選電阻或編碼電阻。通過測量該電阻的值，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。其中往往包括用于提供動力的電池和地電源。有些架構(gòu)含有來自車身控制模塊的一條控制線路，通過其中的控制信號來改變LED串的功能。例如，當(dāng)用同一LED串來充當(dāng)日間行駛燈和停車燈時，就需要控制信號來選擇所需功能。更先進(jìn)的架構(gòu)采用CAN網(wǎng)絡(luò)來控制照明，因而采用一條CAN總線電纜來確定具體功能。
為了對來自LED模塊和車身控制器的這些控制信號進(jìn)行處理，LCM有時會采用一個微控制器。該微控制器可以讀取這些控制信號，并對驅(qū)動器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)動任意LED配置，從而提高驅(qū)動器控制板在不同汽車平臺中的重復(fù)利用價值。
驅(qū)動器電路本身的主要功能是為LED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。
在確定采用哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，必須考慮以下事實：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)動機(jī)的冷啟動)，高達(dá)24V。就如多數(shù)汽車制造商堅持的那樣，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，因為這種結(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LED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自車身控制器的輸入功率轉(zhuǎn)換成頻率超過200Hz且具有相應(yīng)占空比的PWM電流，以便向LED提供適當(dāng)?shù)钠骄娏鳎瑥亩鴮崿F(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?？刂颇K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)動器控制模塊相互獨(dú)立，二者由一個連接器相連。這種架構(gòu)要求對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)動器電路遭到損壞。
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