赋能汽车照明系统的车用LED与驱动技术

电子发烧友网报道（文/李宁远）汽车内部外部照明现在广泛使用LED来进行设计，前照明大灯、转向灯、尾灯、内饰灯等等都采用LED光源进行设计组合。采用这种设计的多样化多功能照明组合在整车内也越来越常见。
 
汽车LED的设计和驱动也是影响其使用效果的核心环节，好的汽车LED与驱动设计能够大大减少器件的EMI问题，提升转换效率，并给予照明系统功能齐全的调光功能，在汽车照明设计中占据着重要地位。
 
汽车照明，从卤素灯到LED
 
结构简单成本较低的卤素灯一直是传统汽车照明系统选用的灯具，其光照穿透性强，亮度很容易控制。但是卤素灯使用寿命偏短，可探照的范围偏小，亮度也不是那么聚焦，为了提高亮度会将钨丝温度加热到很高，会使得汽车照明系统散热体系设计得比较杂乱。
 
随着LED设计和组合水平的不断提高以及光源本身成本的逐步下探， LED光源在汽车电子上经过近些年来的验证在汽车照明系统里开始迅速提高占有率。LED作为照明光源使用寿命远超传统卤素灯，基本可以覆盖整车的使用寿命。其光效（70-150Im/W）也远远超过了普通卤素灯，更高的光效意味着更加节能，LED纳秒级的响应也大大提高了安全系数。
 
根据TrendForce的调研数据，2021年LED头灯的渗透率在全球乘用车中份额已经达到60%，其中电动汽车中的LED头灯渗透率更高，达到90%，2022年这一渗透率还会继续提升，估测将分别提升至72%与92%。
 
越来越多汽车厂商利用新的固态LED照明来提高整车的性能和美感，大功率LED在照明系统里优势也凸显了出来。
 
汽车LED驱动与EMI
 
虽然LED的优势很多，但其设计远没有那么简单。对LED设计来说，即便不是汽车应用，电磁干扰EMI问题也一直都是一项难题。在汽车电子设计里，LED的EMI问题会更加严重。不合适的LED设计会加重EMI干扰，影响到汽车的无线电接收、GPS导航和其他形式的通信和广播。随着汽车电子产品功率和数量不断的增加，LED设计中的EMI干扰还是不太容易处理的。
 
很大一部分EMI来源自LED驱动器的高开关频率，但LED驱动的开关频率是不可能往低做的，只有高开关频率才能保持LED维持高能效并持久运行。所以只能在高开关频率下尽可能控制EMI，实现一种恰到好处的平衡。
 
比如ADI的Silent Switcher技术应用特定的调谐SSFM和创新的开关技术，开关的将高功率能力压缩到狭小的空间中，同时控制边缘速率减少不必要的磁场辐射，既紧凑又在频率和EMI上取得了平衡。ST则是在通过较慢的导通/关断时间提高了系统低噪声生成性能，为了进一步提高EMI性能，在器件内部实现了内部时钟抖动，以实现扩频降噪。
 
汽车LED驱动与调光
 
电阻限流这种非恒流驱动在车内应用得很少，缺点很多，对LED寿命也有影响。其他恒流驱动LED的方式都可以实现模拟与PWM数字调光，目前汽车内两种调光方式都有用武之地。
 
模拟调光可以调节的范围并不是很广，会受到硬件限制，主要应用在LED要尽可能减少闪烁的场合。因为模拟调光电流是连续的，这一点PWM调光不能实现。另一方面，模拟调光不用担心噪声问题，在车内照明系统设计上会简单很多。
 
PWM调光适配的LED场景非常多，调光的精确度也会高不少。有些PWM调光在内部即可实现，如果需要更高的调光比，可以通过常规的方式进行外部调光，目前外部调光已经能做到很高的调光比。同时以不同的占空比来调制平均电流也能轻松获得极高的分辨率。
 
目前也有不少驱动结合了两种调光方式，可以综合二者不同的优点。
 
小结
 
在车用LED的发展中可以看到，为了满足更高的功率密度、更高的效率和更小的封装，LED驱动的集成度越来越高，更低的EMI同样是LED驱动在尽可能实现的。这些技术进步给LED在各类车灯应用里飞速普及提供了有力的支持，也为汽车照明系统的升级提供了澎湃的动力。