LED燈在這些汽車前部照明應用中得到日益廣泛的使用
，其主要原因在於：相對於常規白熾燈或高亮度放電(HID)燈，LED燈在款式和設計方麵具有獨到的優勢，近期則更是得益於低功耗這一特性。但是，同樣重要的是隨著LED技術的不斷發展
，已經可以提供更高的功率水平和更寬的色域。目前

，在汽車前部照明應用中，LED燈的性能已不亞於白熾燈。

本文旨在探討LED照明係統中的這一重要元件，指出在開發LED外燈驅動電子架構時需要考慮的因素。文章將說明在汽車外部照明應用中使用 LED燈的原因(如使用壽命長、功耗低)，同時討論在這些應用中引入LED燈所麵臨的挑戰
，其中包括行業要求(AEC-Q100)和功能要求。

在此基礎上，我們將深入研究這些應用要求對電子器件的影響
，以便充分挖掘LED燈的巨大潛力。我們將提出一種通用型LED照明係統架構，同時列出電子控製裝置所要求的特性。這些特性包括LED散熱管理
、靈活地驅動不同LED配置以及具有成本優勢的係統設計等。

LED在汽車應用領域麵臨的挑戰

汽車環境為LED帶來了巨大的挑戰，LED必須能提供穩定的光輸出，即使大燈周圍的電氣條件和散熱條件不斷變化，燈光的通量和色點也必須保持恒定。

由於LED的光輸出與應用於LED的電流成比例，同時
，LED采(cai)用(yong)的(de)是(shi)擴(kuo)散(san)式(shi)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)
，因(yin)此(ci)即(ji)使(shi)是(shi)同(tong)一(yi)批(pi)次(ci)的(de)產(chan)品(pin)

，也(ye)可(ke)能(neng)在(zai)驅(qu)動(dong)電(dian)流(liu)相(xiang)同(tong)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)

，其(qi)光(guang)輸(shu)出(chu)存(cun)在(zai)差(cha)異(yi)。為(wei)了(le)避(bi)免(mian)這(zhe)種(zhong)不(bu)利(li)差(cha)異(yi)，往(wang)往(wang)根(gen)據(ju)某(mou)些(xie)參(can)數(shu)(如正向電壓
、通量輸出)來選擇LED(也稱"篩選")。通過篩選，可以確保同一批次的 LED在光輸出和色點方麵更加一致。

LED還必須保證在-40℃至+125℃的環境溫度範圍內
，光輸出達到具體應用的最低法定光通量要求。頭燈的光通量需要達到1,000流明左右，並能在工作溫度範圍內提供要求的最低光輸出。

為了達到這種光通量要求，可能要將數個LED串聯或並聯起來。將多個高亮度LED燈集合到一起同時對散熱管理提出了很高的要求

，因為隨著LED溫度的升高
，LED的光輸出會大幅下降，色點會發生偏移。因此
，LED在產生這種量級的光的過程中散發的熱量必須通過散熱器傳導出去。在一些極端情況下，可能需要降低LED的驅動電流，以避免LED過熱和損毀。

汽車工業對LED的可靠性同樣提出了嚴格的要求。LED解決方案必須能夠達到AEC-Q100標準的嚴格要求。這就意味著，LED及驅動器電子器件必須通過該標準的認證。

此外，汽車製造商以及一級照明產品供應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製的輸出水平。為了避免不同電流水平下的色點偏移，多數係統設計通過對LED電流進行一種脈衝寬度調製(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。這樣在相同的色點下，可以實現較低的光輸出水平。 下一節將介紹在汽車應用中為什麼在汽車照明中采用LED
？

為什麼在汽車照明中采用LED？

對於汽車製造商來說，款式上的優勢仍然是使用LED燈的主要原因之一。顯然
，汽車製造商看到了進一步鞏固其汽車品牌的機會。已有多種照明設計從 LED燈提供的更大設計自由度中受益。較為著名的早期案例包括奧迪A8/A6。

不過，關注點正在向LED燈對汽車照明應用帶來的其他優勢上轉移。其中包括更低的功耗、更長的使用壽命和更快的啟動時間。

密歇根大學運輸研究學院(UMTRI)在2008年發布了一份報告，評估了常規白熾燈和LED解決方案在白天行駛照明功能的能耗水平。他們發現，對於等效功能
，LED解決方案的能耗水平要低50%(23W對46W)。這種節省可以直接轉換成燃油效率
，同時還能使客車的二氧化碳排放量減少50%。

duiyuzhunbeikaifaquandiandongqichedeqichezhizaoshanglaishuo，zhezhongranyouxiaolvshifenzhongyao。erduiyuxiaofeizhelaishuo
，yigezhongyaodegoumaibiaozhunshidiandongqichezaichongmandiandeqingkuangxianengxingshidejuli。weici，qichezhizaoshangmenzhengzaixunzhaoshidangdefangshi，yigaishangezhonggongnengdenenghaoshuiping
，congertigaoqichedexuhangnengli。LED燈顯然具有極大的節能優勢，因而日益成為照明設計工程師們的自然選擇。

另一個對LED效率的提升以及LED在汽車照明應用領域的滲透做出了不可磨滅的貢獻的重要因素是LED的照明效率

，即每瓦特的流明(lm/W)。該指標衡量的是LED燈每消耗一瓦特能量所產生的光輸出量。該值越高
，LED將輸入功率轉換為光輸出的效率就越高。如今的高亮度LED燈能實現 100-150lm/W的照明效率
，而一隻60W白熾燈僅為10-18lm/W。

這項指標的改進極大地擴大了LED燈的應用範圍，並拓展到完全以LED燈為基礎的汽車前部照明係統之中。尤其是完全以LED為基礎的大燈
，其中包括遠光和近光調整等功能。
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LED對電子係統架構的影響

實際上，LED的諸多功能和優勢取決於用於驅動它們的電子器件。電子驅動器解決方案會對LED以及整個係統的效率和性能產生巨大影響。

圖1所示為一種針對外部LED燈的通用型LED照明係統架構。圖中顯示了用於驅動LED的一種通用照明控製模塊(LCM)的主要組件。雖然有些架構的LED與驅動器電子器件位於同一模塊上
，但本方案的LED設於驅動器控製模塊的一個獨立LED模塊上。

如前所述，麵向車外前部照明應用的LED 一般需要采用某種形式的散熱管理。為此，本方案在LED附近設有一個溫度傳感器。該傳感器通過LCM來監控
，如果LED溫度升高，控製模塊將減少進入 LED的電流，從而避免LED過熱，防止其發生故障。

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可以確定應向LED提供的確切電流量，以確保達到具體功能的光輸出要求。

LCM從(cong)車(che)身(shen)控(kong)製(zhi)模(mo)塊(kuai)接(jie)收(shou)功(gong)率(lv)和(he)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)。其(qi)中(zhong)往(wang)往(wang)包(bao)括(kuo)用(yong)於(yu)提(ti)供(gong)動(dong)力(li)的(de)電(dian)池(chi)和(he)地(di)電(dian)源(yuan)。有(you)些(xie)架(jia)構(gou)含(han)有(you)來(lai)自(zi)車(che)身(shen)控(kong)製(zhi)模(mo)塊(kuai)的(de)一(yi)條(tiao)控(kong)製(zhi)線(xian)路(lu)
，通(tong)過(guo)其(qi)中(zhong)的(de)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)來(lai)改(gai)變(bian)LED串的功能。例如，當用同一LED串來充當日間行駛燈和停車燈時，就需要控製信號來選擇所需功能。更先進的架構采用CAN網絡來控製照明，因而采用一條CAN總線電纜來確定具體功能。

為了對來自LED模塊和車身控製器的這些控製信號進行處理，LCM有時會采用一個微控製器。該微控製器可以讀取這些控製信號，並對驅動器IC進行相應的配置。這有利於增加LCM的靈活性
，使其可以驅動任意LED配置
，從而提高驅動器控製板在不同汽車平台中的重複利用價值。

驅動器電路本身的主要功能是為LED串(chuan)提(ti)供(gong)受(shou)控(kong)電(dian)流(liu)。該(gai)電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)架(jia)構(gou)，比(bi)如(ru)線(xian)性(xing)調(tiao)節(jie)器(qi)或(huo)開(kai)關(guan)調(tiao)節(jie)器(qi)。然(ran)而(er)，隨(sui)著(zhe)功(gong)率(lv)水(shui)平(ping)的(de)增(zeng)加(jia)，效(xiao)率(lv)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)要(yao)，因(yin)而(er)通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)開(kai)關(guan)調(tiao)節(jie)器(qi)。這(zhe)些(xie)轉(zhuan)換(huan)器(qi)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)升(sheng)壓(ya)、降壓或降壓/升壓拓撲結構。每種拓撲結構都有其自身的優勢和不足，與輸出靈活性
、效率和係統成本相關，具體應用取決於具體設計。

在確定采用哪種拓撲結構時，必須考慮以下事實：電池向LCM提供的電源電壓的變化範圍非常大，低至6V(現代起止發動機的冷啟動)

，高達24V。jiuruduoshuqichezhizaoshangjianchidenayang，zaizhexietiaojianxia
，waibuzhaominggongnengyingnengzhengchangyunxing，yinci
，qudongqidianlubixunengzairucikuandeshurudianyafanweineixiangLED 串提供相應的輸出電壓/電流，以驅動LED。在這些要求下，經常采用降壓/升壓拓撲結構。

另外
，隨著照明控製模塊向通用型不斷發展
，降壓/升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi拓tuo撲pu結jie構gou成cheng了le首shou要yao選xuan擇ze，因yin為wei這zhe種zhong結jie構gou在zai輸shu出chu電dian壓ya方fang麵mian具ju有you最zui大da的de靈ling活huo性xing

，不bu受shou輸shu入ru電dian壓ya影ying響xiang，有you效xiao地di彌mi補bu了le不bu同tong拓tuo撲pu結jie構gou在zai效xiao率lv方fang麵mian的de微wei小xiao差cha異yi。

如前所述，LCM為LED提供PWM電流。然而，為了避免該PWM電流使LED光發生肉眼可見的閃爍

，一般采用200Hz以上的PWM頻率。 PWM占空比也可以發生變化，以根據所需功能(如日間行駛燈或停車燈)向LED串提供不同的平均電流。

可見，燈光控製模塊必須能將來自車身控製器的輸入功率轉換成頻率超過200Hz且具有相應占空比的PWM電流，以便向LED提供適當的平均電流
，從而實現所需要的功能。

采用DC/DC開kai關guan調tiao節jie器qi拓tuo撲pu結jie構gou同tong樣yang需xu要yao確que保bao控kong製zhi模mo塊kuai不bu輻fu射she且qie不bu受shou電dian磁ci幹gan擾rao。因yin此ci，需xu要yao采cai用yong正zheng確que的de電dian子zi器qi件jian設she計ji和he電dian路lu板ban布bu局ju，以yi避bi免mian這zhe種zhong幹gan擾rao。

在圖1的示意圖中，LED與驅動器控製模塊相互獨立，二者由一個連接器相連。這種架構要求對LED進行保護，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和驅動器電路遭到損壞。

除了短路條件以外，LCM還需具備檢測LED故障的能力。其中包括檢測LED的開路故障和短路故障。LED串中的單個LED發生開路故障時，檢測起來相對容易
，但短路故障的檢測更具挑戰性。單個LED正向電壓的內在擴散性在較長LED串中積聚時，會變得非常明顯。這增加了檢測短路發生時間的難度。當LCM檢測到故障LED時，可能同時需要將診斷信號發回車身控製模塊
，以便提醒駕駛員。

這zhe就jiu需xu要yao采cai用yong燈deng光guang控kong製zhi模mo塊kuai
，以yi便bian提ti供gong所suo有you上shang述shu功gong能neng
，同tong時shi達da到dao汽qi車che工gong業ye標biao準zhun的de嚴yan格ge要yao求qiu。這zhe就jiu意yi味wei著zhe
，該gai模mo塊kuai和he相xiang關guan組zu件jian必bi須xu通tong過guo符fu合heAEC-Q100 標準的汽車認證。汽車照明被認為是一種事關安全的重要功能，因此
，其可靠性是重中之重。
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LED驅動設計解決方案

從上述各項要求可以看出，挑戰在於如何設計一種解決方案，能在降低係統成本的同時提供所需的功能、靈活性
、係統可靠性和集成度。

一種可能的解決方案是采用恩智浦半導體提供的ASL1010PTK驅動器IC。ASL1010PTK驅動器IC集成了汽車LED燈必需的核心功能，是一種緊湊型一體化解決方案，且無需增添額外部件。對於LED模塊設計而言

，有利於降低成本、增強美感
、提高可靠性。

此外，這一係統解決方案具有極高的靈活性，不受汽車平台和LED配置的限製

，而且無需重新設計PCB電路板。集成式設計免除了不同平台的冗餘功能以及對外置微控製器的需要，從而將係統成本控製在較低水平。

ASL1010PTK驅動器IC采用降壓/升壓拓撲結構，利用標準汽車電池電壓即可安全驅動多達20個LED燈；輸出電壓極其靈活，範圍為6V至 60V，支持目前市場上的各類LED，非常適合驅動汽車應用中的高亮度LED。

圖2中的示意圖展示了一種驅動器電路的典型基準電壓設計。
ASL1010PTK 驅動器IC基於ABCD9技術節點製成(這是恩智浦推動模擬混合信號集成的汽車技術平台)。這樣，驅動器可以工作於6V至60V的電源電壓之中，從而達到起止條件以及ISO7637標準有關瞬變電壓的要求。

由於驅動器IC集成度很高，因此應用設計在隻需極少的外部組件的同時
，還能維持係統的靈活性。在圖2所示的應用示意圖中，通過少量組件就實現了溫度反饋功能，可控製LED的溫度和性能
；故障檢測功能，可在LED出現故障時提供反饋
；短路保護功能，使LED和驅動器IC免受電池和地引腳短路影響；靈活的電流選擇和PWM編程功能；可調LED內部PWM產生功能，允許同一LED燈同時用作日間行駛燈和停車燈。LED欠壓和過壓保護。

借助這款尺寸小
、散熱性能良好的器件(HVSON14)，驅動器IC可為LED串提供最高1A的電流。由於采用了高精度的集成電流源，該驅動器 IC可以有效消除任何LED紋波電流

，無需添加額外的外部組件。

本文小結

近年來
，LED在汽車領域的應用呈大幅增長之勢，究其原因在於LED具有無與倫比的設計靈活性、更長的使用壽命和更低的功耗水平。LED本身的性能也得到了大幅提升，增加了其在汽車應用領域的可用性。

隨著LED應用的不斷增多
，我們還需要一種更加高效、更加穩健
、更具成本優勢的電子器件和驅動器IC
，以便使LED的優勢在汽車應用中得到充分發揮。

基於一種通用型LED照明係統架構
，我們探討了電子控製裝置需要的特性，其中包括LED散熱管理、驅動不同LED配置的靈活性以及具有成本優勢的係統設計等。

為了滿足這些不同的要求

，我們提出了一種完全集成且非常靈活的汽車LED驅動器IC解決方案。ASL1010PTK為電路的設計提供了極大的便利
，將外部組件的數量減至最少，同時還能提供驅動汽車LED所需要的必要功能，並可在係統層次維持較大的靈活性。