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汽车LED照明解决方案的挑战和应对

作者:时间:2012-12-03来源:网络收藏


汽车工业对LED的可靠性同样提出了严格的要求。LED解决方案必须能够达到AEC-Q100标准的严格要求。这就意味着,LED及电子器件必须通过该标准的认证。

此外,汽车制造商以及一级照明产品供应商提出了其他的功能要求,比如利用LED来提供双重功能,举例来说,日间行驶灯有时充当停车灯,尾灯有时用作停止灯。这就意味着,LED提供的光必须具有两个可以控制的输出水平。为了避免不同电流水平下的色点偏移,多数系统设计通过对LED电流进行一种脉冲宽度调制(PWM)处理,以减少LED的平均电流,同时还能使峰值电流维持恒定。这样在相同的色点下,可以实现较低的光输出水平。

LED对电子的影响

实际上,LED的诸多功能和优势取决于用于驱动它们的电子器件。电子解决方案会对LED以及整个系统的效率和性能产生巨大影响。

图1所示为一种针对外部LED灯的通用型LED照明。图中显示了用于驱动LED的一种通用照明控制模块(LCM)的主要组件。虽然有些架构的LED与电子器件位于同一模块上,但本方案的LED设于驱动器控制模块的一个独立LED模块上。

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图1:一种通用型

如前所述,面向车外前部照明应用的LED一般需要采用某种形式的散热管理。为此,本方案在LED附近设有一个温度传感器。该传感器通过LCM来监控,如果LED温度升高,控制模块将减少进入LED的电流,从而避免LED过热,防止其发生故障。

为了识别LED的批次,通常要采用一个筛选电阻或编码电阻。通过测量该电阻的值,LCM可以确定应向LED提供的确切电流量,以确保达到具体功能的光输出要求。

LCM从车身控制模块接收功率和控制信号。其中往往包括用于提供动力的电池和地电源。有些架构含有来自车身控制模块的一条控制线路,通过其中的控制信号来改变LED串的功能。例如,当用同一LED串来充当日间行驶灯和停车灯时,就需要控制信号来选择所需功能。更先进的架构采用CAN网络来控制照明,因而采用一条CAN总线电缆来确定具体功能。

为了对来自LED模块和车身控制器的这些控制信号进行处理,LCM有时会采用一个微控制器。该微控制器可以读取这些控制信号,并对驱动器IC进行相应的配置。这有利于增加LCM的灵活性,使其可以驱动任意LED配置,从而提高驱动器控制板在不同汽车平台中的重复利用价值。

驱动器电路本身的主要功能是为LED串提供受控电流。该电路可以采用不同的架构,比如线性调节器或开关调节器。然而,随着功率水平的增加,效率变得越来越重要,因而通常采用开关调节器。这些转换器可以采用升压、降压或降压/升压拓扑结构。每种拓扑结构都有其自身的优势和不足,与输出灵活性、效率和系统成本相关,具体应用取决于具体设计。

在确定采用哪种拓扑结构时,必须考虑以下事实:电池向LCM提供的电源电压的变化范围非常大,低至6V(现代起止发动机的冷启动),高达24V。就如多数汽车制造商坚持的那样,在这些条件下,外部照明功能应能正常运行,因此,驱动器电路必须能在如此宽的输入电压范围内向LED串提供相应的输出电压/电流,以驱动LED。在这些要求下,经常采用降压/升压拓扑结构。

另外,随着照明控制模块向通用型不断发展,降压/升压转换器拓扑结构成了首要选择,因为这种结构在输出电压方面具有最大的灵活性,不受输入电压影响,有效地弥补了不同拓扑结构在效率方面的微小差异。

如前所述,LCM为LED提供PWM电流。然而,为了避免该PWM电流使LED光发生肉眼可见的闪烁,一般采用200Hz以上的PWM频率。PWM占空比也可以发生变化,以根据所需功能(如日间行驶灯或停车灯)向LED串提供不同的平均电流。

可见,灯光控制模块必须能将来自车身控制器的输入功率转换成频率超过200Hz且具有相应占空比的PWM电流,以便向LED提供适当的平均电流,从而实现所需要的功能。

采用DC/DC开关调节器拓扑结构同样需要确保控制模块不辐射且不受电磁干扰。因此,需要采用正确的电子器件设计和电路板布局,以避免这种干扰。

在图1的示意图中,LED与驱动器控制模块相互独立,二者由一个连接器相连。这种架构要求对LED进行保护,防止其电池或地引脚因连接器故障而意外短路,从而避免LED和驱动器电路遭到损坏。


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