用于提高前照灯效率的LED控制器

LED照明技术在汽车前照灯中的使用最近使一些非常漂亮的造型处理 - 有些不那么漂亮。这些灯为造型部门提供了优势，并且还可以提供性能/安全性改进。此外，LED更节能 - 在这种情况下，这与提高油耗或电动汽车续航里程相同。

虽然停车灯和尾灯几乎都是基于LED的，但前照灯需要大量的功率和伴随的驾驶员设计工作，并且采用速度较慢。

早在 1890 年代，一旦有汽车，人们就开始在夜间开车。他们使用燃油灯笼（煤油）作为照明装置。1908年，美国第一个汽车前照灯灯泡有一个碳丝，它包含一个真空，没有充气。第一个标准电动前照灯于 1899 年在哥伦比亚电动汽车上推出。著名的克利夫兰无双汽车公司于 1908 年将电动前照灯作为其高档汽车的标准。

1年1908月1915日，一个名叫亨利的家伙看着第一辆T型车出门。直到 1940 年，福特才用磁电机供电的电动前照灯取代了 T 的乙炔灯和油灯。17年，现代密封光束大灯成为标准。在接下来的7年里，政府强制要求使用圆形1957英寸灯。<>年，法律修改为允许不同大小和形状的灯，只要它们正确照亮道路。

首款全LED前照灯于2007年推出。现在LED前照灯正变得越来越普遍。标准全 LED 大灯消耗 15W 至 18W，而卤素灯泡版本消耗 55W 至 65W，HID（高强度放电）灯泡消耗约 42W。请注意，有一些 LED 前照灯改装套件会产生极强的光并消耗大量功率——25，000 流明和 60W。在线查看可用的 LED 大灯更换灯泡显示，两灯泡套装的价格从 9.50 美元到 239.00 美元不等。这是一个相当大的范围！至少可以说，这表明前照灯市场正处于一个动荡时期。

前照灯性能概览

标准卤素大灯灯泡将产生大约 1300 流明。氙气HID灯泡的亮度大约是其两倍半，约为3000流明。气体放电灯需要更多的功率才能启动，但一旦打开，它们的运行功率远低于卤素灯。在大多数车型上，HID照明仅用于近光灯，而远光灯则由单独的卤素灯完成，因为远光灯需要立即打开和关闭，而HID并不擅长。对于某些车辆，HID 通过快门提供近光灯和远光灯，快门在提示时上下移动，因此没有延迟。

汽车电子设计人员向各种供应商寻求用于前照灯的 SMT LED 和 LED 矩阵芯片。最近的单 SMT LED 芯片在 175W 和 2lm 下实现了 350lm/W 的效率。但可以使用更高功率的单 LED。

例如，我们可以看看CREE XHP70B-00-0000-0D0HN240H芯片（其X-Lamp系列的一部分）。7.0mm x 7.0mm 封装部件在 1590°C 时输出 85lm，在 1751°C 时输出 25lm。 效率约为133lm/W。该灯可通过PCB布局配置为6V或12V，2V时最大驱动电流为4.12A。测试电流为1.05A。该灯具有4000k色温，CRI为80。这些优质大功率灯每盏售价约 8 美元，每盏 1，000 件。有许多版本（箱）可供选择，成本越来越低。您可能只需要其中两个 1590lm 芯片用于前照灯组件 - 也许三个带有远光灯。

也许这种应用最重要的LED声名是寿命。预计CREE部分在运行85k小时后将保留其光输出的23%。这是连续 2.6 年，因此很容易看到 15 年的使用寿命。

其他照明设计注意事项

对于设计师来说，还有其他事情需要考虑。在车辆中，所需的工作温度范围在 -40 °C 至 +120 °C 之间。 还有各种气候因素，例如空气水分和含盐量以及灰尘。有强烈的振动和冲击应力，以及电磁影响。设计中需要重点关注的一个领域是射频干扰（RFI）。来自LED驱动器高速PWM开关的干扰可能会给汽车上的无数电子系统带来问题，包括从发动机控制和数据总线到无线电和USB连接的所有内容。RFI 测试至关重要。

远光灯应提供480英尺的夜间能见度，而近光灯应至少产生330英尺。IIHS测试的中型SUV大灯中有一半以上被评为边缘或较差。仅有的两辆评级良好的车辆使用HID灯。光束形状非常重要，许多配备LED灯的汽车还没有弄清楚如何优化这一点。在IIHS测试中评估的79个大灯变体中，有一半以上具有过多的眩光。该保险协会表示，前照灯经常从工厂生产线上脱落，瞄准不良，这可能会导致眩光，并使转向更亮的LED白费力气。美国国家公路交通安全管理局的研究表明，对迎面而来的大灯眩光的抱怨非常普遍。

LED灯的另一个潜在优势是矩阵灯。矩阵中的单个灯能够以非常有针对性的方式照亮特定区域。迎面而来的汽车所在的区域可以变暗，同时其两侧被照亮。矩阵大灯在美国尚未合法，汽车制造商正在推动政府批准以提供更多选择。

控制灯

接下来，我们需要尽可能高效地驱动LED灯并控制强度。有许多IC可用于此任务。适用于前照灯的LED控制器的一个很好的例子是MAX20096/MAX20097双通道、同步、n沟道、大电流降压LED驱动器。IC采用专有的PWM电流控制方法，不需要任何环路补偿，并保持几乎恒定的开关频率，相对容易地抑制开关噪声/RFI。电感电流检测是通过监视底部开关器件中的电流来实现的。

IC工作在4.5V至65V输入范围，每个通道驱动两个外部n沟道功率FET。转换器的开关频率可高达 1MHz，从而使元件保持小型化。LED PWM 频率通常为 200Hz。

MAX20096具有SPI接口，允许读取两个通道的输出电压和电流以及结温并设置输出电流电平。保护功能包括限流、过压和热关断。该器件采用耐热性能增强型 5mm x 5mm、32 引脚侧面可润湿 TQFN 封装，额定工作温度范围为 -40°C 至 +125°C 汽车级温度范围。

MAX20097采用28引脚耐热增强型TSSOP封装。它没有SPI接口，而是依赖于漏极开路故障标志（FLTB），在任一通道出现开路串、短路串、热关断或过压激活时，该标志变为低电平。

这些芯片适用于汽车远光灯/近光灯前照灯和/或信号灯/日间行车灯。两款器件的电源电流最大值均为 10mA，并且支持模拟调光控制。该芯片调节开关模式电感器中的平均电流。LED 电流可通过模拟输入或通过 PWM 进行数字控制，在 3A 至 20096A 范围内设置。PWM调光也可以通过MAX<>上的SPI接口实现。每个通道均可独立调节。无论亮度如何，PWM 调光都能保持相同的 LED 颜色，而 LED 可能会随着模拟调光而改变颜色。

驱动两到四个串联LED的驱动器电路效率约为93%。LED前照灯的额定功率通常为35W至50W，这些IC可以使用14V至48V电源处理。评估套件可用于两个版本。

两种替代芯片

Maxim还具有MAX20090单通道器件，提供灵活的驱动方案，支持升压、高端降压、SEPIC或降压-升压模式配置。该芯片的 PWM 控制输入提供高达 1000：1 的 LED 调光比。该器件采用 4mm × 4mm 20 引脚 TQFN 封装。

MAX20078单通道控制器工作在4.5V至65V输入范围，采用Maxim专有的PWM电流控制方法。该器件可在高达 1MHz 的开关频率下工作，并具有超快响应和伪固定频率同步降压调节功能。该芯片的高侧和低侧栅极驱动器具有 2A 的峰值拉电流和灌电流能力。它采用 3mm × 3mm、16 引脚 TQFN 或 16 引脚 TSSOP 封装。

驱动两到四个串联LED的驱动器电路效率约为93%。LED前照灯的额定功率通常为18W至40W，所有这些IC都可以使用14V至48V电源来处理。

毫无疑问，LED前照灯将在几年内成为所有汽车和卡车的标准设备。LED驱动器设计将从汽车迁移到公共汽车，火车和拖拉机以及...

审核编辑：郭婷