当前位置： CompoTech China > 厂商大本营（旧版） >
近年来LED在很多产品应用上正逐步取代传统的白炽光源，由于具备非常优异的节能效率，因此LED已被视为照明技术未来的发展重点。根据调查数据显示，高亮度LED市场的营业额预计将会从2006年的66亿美元快速增加到2011年的106亿美元，平均年增长率达到10.6%。从能源需求的角度来看，高亮度LED的功耗比传统灯泡低，所以工作寿命更长，而且LED也比传统光源更环保。
LED在汽车电子的应用有数十年的历史，在过往LED主要使用在汽车仪表板上警示灯号或是类似的应用。随着高亮度LED技术的发展，不仅使这些光源能够扩大到汽车的内部照明，而且还包括方向灯、尾灯及煞车灯。最新的发展趋势则是利用高亮度白光LED作为汽车的日间行车头灯并提供远光灯和近光灯功能。由于LED具备省电，维修需求低及更高的设计灵活性等特色，预计大多数的汽车制造商将会转而使用LED技术来提供各项头灯功能。
直至今日，超高亮度LED的效率还无法与HID卤素灯技术相抗衡。不过LED技术的流明/瓦(lumens/Watt)效率将可望在未来几年内获得突破，成为比HID卤素灯拥有更高效率的照明技术。与HID汽车头灯比较，今日的LED不仅更可靠，而且体积更小(几乎可以使用在汽车内任何一处)，而且其技术也比HID简单的多。另外，我们相信在不久的将来，LED头灯在成本方面将低于HID头灯系统成为最具经济效益的选择。
LED头灯系统的需求
为了产生头灯所需的足够亮度，必须使用多个LED灯。这些LED可以被安排成单一灯串或者是以3～15个为一组的多条灯串。基于安全考虑， LED驱动器的输出电压最好是限制在60V以下，而LED驱动器的输入电压范围最少应为8V～16V。可是通常需要更大的输入电压范围以便在引擎发动或者负载突降期间提供头灯功能，至于需要多涵盖多少的输入电压则取决于汽车制造商，一般而言为4V～24V，更高的甚至36V。
可使用的拓朴技术：升压、降压/升压及SEPIC
图1的简化电路图，分别表示出头灯常用的３种LED驱动拓朴。
图1中最上方为升压拓朴电路，这是最简单也是效率最高的配置方式，但缺点是不能为输出电路提供完全的短路保护，而且其输出电压必须高于输入电压。这方面需依据LED的排列而定，因此有可能构成应用上的限制。
图1中间为SEPIC拓朴电路。这种方法可以提供短路保护及宽广的输入和输出电压范围，而且输出电压可高于或低于输入电压。但是与升压及降压/升压拓朴相比，SEPIC拓朴的主要缺点在于这种拓朴对于功率组件的要求更高。
图1最下方的降压/升压浮动拓朴，它是建立在一个标准的低端升压控制器，可以将负载的能量送回到输入电路。这种拓朴在电压稳压器上的应用很有限，但是在LED驱动上却是一个很实用的设计。在这种特殊的配置中，一个高端电流感测放大器负责感测LED的电流。如同传统的降压/升压拓朴，电感器电流相当于LED电流除以(1-占空比)。可是这种配置遇上接地短路时，并不能为输出电路提供完全的短路保护。
典型的设计实例
直到现在还无法确定那种功率转换拓朴最适合汽车LED头灯应用，因此美国国国家半导体最近推出了一款能适用于所有拓朴的高功率LED控制器LM3421。该控制器适合稳定电流升压、SEPIC、降压/升压及返驰式拓朴，而且还提供了各种不同拓朴的参考设计。图2中的LM3421低端控制器就是稳定电流SEPIC应用的实例，该电路具备高速的调光功能。
虽然市面上有很多其他低端功率控制器，但LM3421的主要特色在于专为高亮度LED应用而设计，并且可以分别为数字调光或模拟调光提供快速的数字调光功能及准确的高端电流感测。配合高端电流感测，LED驱动器在驱动器与LED之间只需使用一条接线。至于接地回路方面，并不一定需要路由回LED驱动器而是可以透过车体本身进行。高开关频率让设计人员可以使用更小型的外部功率级组件，而强大的MOSFET驱动器能力及低静态电流则促成了高效率的功率转换。
LM3421解决方案的最大优点来自其“预测性关闭时间”控制模式。与传统的PWM电流模式控制比较，这种模式拥有不少优点。例如在没有定时的条件下，预测性关闭时间控制在任何工作周期下都不会出现电流模式不稳定的现象，同时它还可允许无法在定时电流模式系统中(尤其是升压拓朴)实现的工作周期及电压转换率。此外，这种控制也无需进行斜率补偿。对于那些要求更多功能的应用来说，美国国家半导体特别开发出LM3423。该控制器拥有一系列的额外功能，包括LED输出状态标记、故障标记、可程序的故障定时器，以及可选择调光输出驱动器极性的逻辑输入。
LED车头灯应用已整装待发
一家德国汽车制造商于2008年夏季推出了全世界首辆全部采用LED头灯的汽车，其后虽有不少汽车制造商纷纷积极研发并准备生产，可是到目前仍有一些障碍使得LED头灯未能真正普及，包括亮度输出能力、高亮度LED的效率及优化驱动电路的发展。不过，无论是在亮度或是效率方面，现在高亮度LED的发展正快速进步中，加上如LM3421优秀的功率转换电路，使得在驱动LED方面获得很大的改进而且更容易地实现。配合这些发展，相信LED头灯将会愈来愈盛行，并在市场中屹立不摇。
LED在汽车电子的应用有数十年的历史，在过往LED主要使用在汽车仪表板上警示灯号或是类似的应用。随着高亮度LED技术的发展，不仅使这些光源能够扩大到汽车的内部照明，而且还包括方向灯、尾灯及煞车灯。最新的发展趋势则是利用高亮度白光LED作为汽车的日间行车头灯并提供远光灯和近光灯功能。由于LED具备省电，维修需求低及更高的设计灵活性等特色，预计大多数的汽车制造商将会转而使用LED技术来提供各项头灯功能。
直至今日，超高亮度LED的效率还无法与HID卤素灯技术相抗衡。不过LED技术的流明/瓦(lumens/Watt)效率将可望在未来几年内获得突破，成为比HID卤素灯拥有更高效率的照明技术。与HID汽车头灯比较，今日的LED不仅更可靠，而且体积更小(几乎可以使用在汽车内任何一处)，而且其技术也比HID简单的多。另外，我们相信在不久的将来，LED头灯在成本方面将低于HID头灯系统成为最具经济效益的选择。
LED头灯系统的需求
为了产生头灯所需的足够亮度，必须使用多个LED灯。这些LED可以被安排成单一灯串或者是以3～15个为一组的多条灯串。基于安全考虑， LED驱动器的输出电压最好是限制在60V以下，而LED驱动器的输入电压范围最少应为8V～16V。可是通常需要更大的输入电压范围以便在引擎发动或者负载突降期间提供头灯功能，至于需要多涵盖多少的输入电压则取决于汽车制造商，一般而言为4V～24V，更高的甚至36V。
可使用的拓朴技术：升压、降压/升压及SEPIC
图1的简化电路图，分别表示出头灯常用的３种LED驱动拓朴。
图1中最上方为升压拓朴电路，这是最简单也是效率最高的配置方式，但缺点是不能为输出电路提供完全的短路保护，而且其输出电压必须高于输入电压。这方面需依据LED的排列而定，因此有可能构成应用上的限制。
图1中间为SEPIC拓朴电路。这种方法可以提供短路保护及宽广的输入和输出电压范围，而且输出电压可高于或低于输入电压。但是与升压及降压/升压拓朴相比，SEPIC拓朴的主要缺点在于这种拓朴对于功率组件的要求更高。
图1最下方的降压/升压浮动拓朴，它是建立在一个标准的低端升压控制器，可以将负载的能量送回到输入电路。这种拓朴在电压稳压器上的应用很有限，但是在LED驱动上却是一个很实用的设计。在这种特殊的配置中，一个高端电流感测放大器负责感测LED的电流。如同传统的降压/升压拓朴，电感器电流相当于LED电流除以(1-占空比)。可是这种配置遇上接地短路时，并不能为输出电路提供完全的短路保护。
典型的设计实例
直到现在还无法确定那种功率转换拓朴最适合汽车LED头灯应用，因此美国国国家半导体最近推出了一款能适用于所有拓朴的高功率LED控制器LM3421。该控制器适合稳定电流升压、SEPIC、降压/升压及返驰式拓朴，而且还提供了各种不同拓朴的参考设计。图2中的LM3421低端控制器就是稳定电流SEPIC应用的实例，该电路具备高速的调光功能。
虽然市面上有很多其他低端功率控制器，但LM3421的主要特色在于专为高亮度LED应用而设计，并且可以分别为数字调光或模拟调光提供快速的数字调光功能及准确的高端电流感测。配合高端电流感测，LED驱动器在驱动器与LED之间只需使用一条接线。至于接地回路方面，并不一定需要路由回LED驱动器而是可以透过车体本身进行。高开关频率让设计人员可以使用更小型的外部功率级组件，而强大的MOSFET驱动器能力及低静态电流则促成了高效率的功率转换。
LM3421解决方案的最大优点来自其“预测性关闭时间”控制模式。与传统的PWM电流模式控制比较，这种模式拥有不少优点。例如在没有定时的条件下，预测性关闭时间控制在任何工作周期下都不会出现电流模式不稳定的现象，同时它还可允许无法在定时电流模式系统中(尤其是升压拓朴)实现的工作周期及电压转换率。此外，这种控制也无需进行斜率补偿。对于那些要求更多功能的应用来说，美国国家半导体特别开发出LM3423。该控制器拥有一系列的额外功能，包括LED输出状态标记、故障标记、可程序的故障定时器，以及可选择调光输出驱动器极性的逻辑输入。
LED车头灯应用已整装待发
一家德国汽车制造商于2008年夏季推出了全世界首辆全部采用LED头灯的汽车，其后虽有不少汽车制造商纷纷积极研发并准备生产，可是到目前仍有一些障碍使得LED头灯未能真正普及，包括亮度输出能力、高亮度LED的效率及优化驱动电路的发展。不过，无论是在亮度或是效率方面，现在高亮度LED的发展正快速进步中，加上如LM3421优秀的功率转换电路，使得在驱动LED方面获得很大的改进而且更容易地实现。配合这些发展，相信LED头灯将会愈来愈盛行，并在市场中屹立不摇。
