LED 控制发挥日行灯最大效益

2017-07-20 16:20:56来源: EEWORLD 关键字:LED  Diodes

现在欧洲已规定汽车必须配备日行灯。自 2011 年 2 月起制造的新车皆必须强制配备日行灯,商用车则是从 2012 年 8 月开始。虽然现在依法必须在车辆上安装日行灯,但日行灯为汽车与箱型车设计人员提供许多机会,在多方面提升驾驶体验及其品牌形象。


上述提升的关键在于改用发光二极管 (LED) 的固态技术。由于提升核心制程的量子效率,因此现在可轻松获得汽车用途所需可靠性的高亮度 LED。


以 LED 为基础的灯具提供比传统白炽灯泡更高的能源效率。根据估计,相较于传统灯泡,LED 日行灯较低的功耗可为传统车辆每行驶 1000 公里节省 2 公升汽油,还能提升插电式油电混合车与电动车的有效行驶距离。


LED 日行灯选项的进一步优势是其组件具有更高的可靠性。LED 超过 10 年有效使用寿命的耐久性,意味着在车辆使用寿命期间可能皆无需更换。如此使得制造商在风格与设计上拥有更大的自由度,因为更换时的可及性不像白炽灯泡那么重要。


此外,LED 所需的空间比灯泡小,因此日行灯可安装于更多不同的位置,这一切皆可大幅强化汽车制造商的品牌形象。例如,设计人员可使用 LED 灯条呈现可象征制造商标志的形状,或者依循车辆的轮廓以打造更具有美感的形状。


     


图 1.LED 日行灯可提供独特的造型选项


LED 日行灯对于驾驶情况的变化可做出更好的反应,例如,在起雾时可提高输出,或者可降低亮度以作为停车灯使用。因此,LED 灯条的有效调光控制是电源控制器的关键需求,但这并非唯一需求。


汽车环境会对日间与夜间行驶用的 LED 头灯设计带来一些无法预期的结果。用于这些设计中使用的组件,在开发时皆必须符合产业标准的明确要求,例如 AECQ100 与 TS16949,还必须在超过消费性应用所要求的宽广温度范围内运作,对于驾驶具有关键性的零件最高可达到 +125°C。由于前端部分电子控制单元相互接近,因此低电磁干扰很重要。


LED 电源与控制电路的需求有特定的电气要求。即使在汽车正常运作状态下,供应电压的范围也会涵盖 9V 至 16V。如此即可在从亚热带到热带的各种温度范围条件下,为电池进行充电。但是实际电压很容易超出上述限制。


输入电压可从意外反向连接电池延伸到跨接启动情况下 12V 电池电压的两倍,导致负载突降而发生故障,例如缆线运作时稍有松动而发生暂时性的电池与发电机断开连接时。结果将发生瞬态电压突波,因为发电机尝试为未连接的电池进行充电。


即使使用集中式负载突降箝位电路,组件也必须能够处理高达 60V 的输入电压。虽然汽车电气系统内部通常设有保护机制,但仍需要保护电路以因应过电压、欠压、过电流、短路及过热等情况。


除了上述故障情况之外,引进引擎怠速熄火技术的重点在于节能设计,意味着必须注重更广大的作业电压范围。当车辆重新发动并准备从静止位置前进时,来自引擎的大量电流需求会使电池电压低于 9V,通常最低会低至 6V。LED 驱动器面对的挑战是提供调节良好的输出电压与 LED 电流,即使遭遇 30V 或更高的电压突波时,LED 产生的光线也不会改变。


单一调节器拓扑不足以处理 LED 控制器必须处理的条件范围。在许多时候,电路必须做为升压调节器以提供更长的 LED 灯条所需的较高电压,但这将需要暂时切换至降压运作,当供应电压增加时,产生的电压会比电源电压低。对于低电压的 LED 链,将需要降压配置。为避免汽车设计人员需使用不同的 LED 控制器进行不同的布局配置,Diodes 的 ZXLD1371Q 提供可在降压、升压或降压升压模式中运作的能力。降压升压模式可有效因应随着驱动 LED 灯条所需电压而震荡的电源变化。400kHz 的切换频率可提供高效率的电压调节。


   


图 2.ZXLD1371Q LED 驱动控制器的功能方块图


变更感测电阻等支持组件的配置可在不同的功率控制模式之间切换控制器。为协助设计,Diodes 网站上的计算器应用程序提供全自动化的组件选择,以加快开发与原型设计的速度。


该装置采用修改后的迟滞控制算法,以在任何三种模式下提供高电流精度。对于确保 LED 驱动可在供应电压变化及 LED 数组之间提供一致的色彩与输出位准而言,电流精度极为重要。此设计确保不超过 5% 的偏差,使车辆前方两个或更多的前向灯具数组可达到优异的视觉匹配。车载支持脉冲宽度调变 (PWM) 调光,使其能够控制 LED 灯条的亮度超过 1000:1 的比例,可在驾驶能见度不佳时支持高输出,并在停车时将亮度降至非常低。


由于可在 5V 至 60V 电源范围内运作,ZXLD1371Q 可符合全电池与发电机电压支持的要求,包括负载突降等情况。控制器将在高达 +125°C 的温度下运作,并包括 LED 灯条的热保护回路,以确保在高温条件下不会承受过大的电流应力。


整合故障报告为车辆电子设备的其余部分提供有效的整合。两个脚位用于故障诊断。旗标脚位可发出故障讯号;另一个脚位是多层级状态引脚,可提供有关故障性质的进一步信息,例如过热。


整合 LED 控制器的可用性不仅可减少各种车辆设计中所需的库存,还可减少车载组件的数量,节省电路板空间并简化制造。由于 ZXLD1371Q 符合 AECQ100 与 TS16949 标准,因此可轻松整合至新的汽车设计中,为制造商提供以 LED 为基础的日行灯优势。

关键字:LED  Diodes

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/LED/article_2017072012272.html
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现任华润矽威科技(上海)有限公司市场部经理/高工,上海市传感技术学会理事、副秘书长。

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