车用LED照明技术及现状分析
作为第四代车用光源，LED 有很多优于其他传统光源的特点。为此分析了车用LED 照明的可行性和先进性，介绍了其典型的驱动电路，并着重研究了LED 以及AFS 在汽车前照灯上应用现状。介绍了车用LED 照明面临的问题及应对措施，并对其未来发展进行了展望。
1 车用LED 照明的可行性和先进性
在汽车上使用照明光源大约开始于20 世纪初。最先使用的是煤油灯和乙炔灯，1910 年开始使用电光源，先后经历了白炽灯、卤钨灯及高强度放电式气体灯HID(Intensity Discharge Lamp)， 自1985 年开始进入了LED车用灯时代。同时LED 灯应用于自适应前照系统AFS(Adaptive Front Lighting System)的技术随之出现。
目前，LED 已被众多汽车厂商加以利用制造出各种车灯款式。宝马、福特、本田、丰田、奔驰、奥迪等着名品牌车为了提高各自的总体竞争力， 纷纷推出配有各式各样LED 车灯的新款轿车以吸引顾客。LED 具有很多其他光源所不具备的优点：(1) 寿命长、抗震性好。LED 的使用寿命理论上可达5 万小时， 实际寿命也可达2 万小时( 普通的卤素灯泡仅为150 ～500 小时左右) ， 一般都要超过汽车本身的寿命。另外，LED 的基本结构中没有易损可动部件， 故抗震性能非常好。(2) 节能环保。LED在低电压小电流的条件下就能够获得足够亮度， 其耗电量仅为相同亮度白炽灯的10%～20%;LED 光源中不含危害人体健康的汞， 生产过程和废弃物不会造成环境污染。(3) 响应速度快。与白炽灯相比，LED 灯的响应时间已经达到了几十纳秒， 这样， 当采用LED 作为汽车尾灯时， 可以使后续汽车司机更早反应， 以减少交通事故的发生。(4) 体积小。小巧的LED 可使汽车风格的设计更加自由、多样化， 从而使车型更加时尚; 与传统光源相比，LED 信号灯系统的安装深度可以减少80 mm， 这一点对于汽车造型和内部零件布置具有重要意义。
目前汽车产业在全球经济中仍然是支柱产业， 并处在飞速发展的关键时期， 其必定会带动车用灯具的发展， 为LED 在汽车上的应用提供广阔的市场空间。
2 车用LED 照明的驱动电路
LED 属于电流控制型半导体器件， 图1 是LED 的伏安特性曲线。由图1 可知， 此曲线比较陡， 在正向导通之前LED 几乎无电流流过; 当正向电压超过开启电压时，电流就急剧上升， 发光亮度L 与正向电流IF近似成正比：L=KIF， 其中K 为比例系数， 故可以通过控制LED 的IF来控制其发光亮度。因此， 为了保证其亮度的一致性， 通常采用恒流源驱动电路。
汽车电池工作电压范围为9 V～16 V， 通常情况下为12 V ， 但是当汽车冷启动时蓄电池的电压可跌落到4 V， 而当蓄电池缺损由发电机直接供电时， 此电压可达到36 V 的高压。因此， 对于车用LED 灯具而言， 要可靠地恒流驱动LED 串， 驱动控制器必须具备精确的电压和电流调节、保护电路和调光功能。因此， 设计一种稳压性能良好而又恒流输出的驱动电路十分必要。
目前车用LED 驱动器一般采用两种方法控制正向电流。(1) 采用LED 的V-I 曲线确定产生预期正向电流所需要向LED 施加的电压。其缺点为：LED 正向电压的任何变化都会导致LED 电流的变化， 其中的镇流电阻的压降和功耗会浪费功率和降低电池使用寿命。(2) 利用恒流源来驱动LED。因为此方法需要将LED 并联在电路中， 而驱动并联LED 需要在每个LED 串中放置一个镇流电阻， 这会导致效率降低和电流失配。因此， 这两种方法都不能充分体现LED 应有的优越性。为了克服现有车用LED 驱动器的缺点， 出现了车用LED 阵列的高效智能驱动方法。该方法采用了半桥式DC-DC 变换技术、全波整流技术、光电耦合技术等， 确保了整个驱动电路的工作效率; 提出了基于嵌入式系统的智能控制方案， 此方案采用智能PWM 稳流控制和调光控制， 具有负载开路/短路保护和过流过压保护功能。图2 为LED阵列智能驱动实验电路。
如图2 所示，CPU 输出两路完全倒相对称的PWM信号A、B， 分别作用在开关器件上， 使其轮流导通; 通过高频变压器T 将能量耦合到次级， 再经快恢复二极管D1、D2 进行全波整流， 以实现对LED 阵列的驱动。LED阵列驱动回路的光电耦合器， 完成对LED 阵列驱动电流的监测， 并反馈到CPU， 形成一种智能电流负反馈的闭环控制系统， 以确保驱动电流的稳定的可靠性。
车用LED 驱动电路的集成化和智能化程度越来越高。类似PMU( 电源管理单元)的芯片及封装的小型化将逐渐取代多个单一功能电路进行组合的方法， 以适应板级空间非常有限的车载应用。同时， 由于单片机、DSP 等控制芯片以及嵌入式技术的不断发展， 可通过软件技术实现车用照明系统的自动化， 这样LED 的恒流驱动精度以及亮度的自动调节会更加准确。智能化控制已经成为新一代车用LED 驱动器的设计理念。
