LED前照灯和自适应汽车照明的当前发展回顾

作为高亮度LED（HB-LED）的关键早期市场之一，汽车行业最先采用固态照明技术并将其用于车辆内部，以及后部和实现信号照明功能。这是因为，在HB-LED的早期，红色和橙色发射器比基于麻烦的氮化镓（GaN）材料系统的蓝色和白色器件更加明亮并且更先进。
然而，一旦开发人员掌握了GaN技术并提供足够明亮的白色发光体，所有这些都开始发生变化。从2003年开始，LED开始出现在技术要求更高的前照灯系统中，从奥迪车辆中现在人们所熟悉的日间行车灯（DRL）开始。
如今，汽车制造商可以提供包含主要照明功能（低光束和远光灯）的全LED前照灯，但直到最近它们仍仅用于高端车辆中，即使这样，也经常只作为“豪华”选项出售。但是，事情正在两个方面发生变化。首先，LED前照灯现在似乎正在快速转移到中档和紧凑型轿车中。其次，自适应照明的新技术开始出现。
随着技术成本的下降，LED前照灯的主流方案以及自适应照明带来的额外复杂性成为汽车前照灯市场的两个主要趋势。两者对光发射器和作为其重要合作伙伴的驱动器IC的体积和性能都有影响。
在本文中，我们回顾了LED前照灯和自适应汽车照明的当前发展，并讨论了自适应功能的要求如何影响LED和控制元件。
奥迪的先声夺人
直到最近，大多数车辆的前端仍然是一个很大程度上无LED的区域。这一规则的例外情况在奥迪的车辆中最为明显，奥迪在A8等汽车中早期采用多LED日间行车灯（DRL）迅速成为高端车型的“标志”。
继奥迪领先后，雷克萨斯，吉普和别克率先推出具有类似白色LED DRL的车型，然而，配备全LED前照灯的汽车仍然相对稀少，通常仅限于豪华车型。随着技术变得更加实惠和实用，目前中档车型的全LED前照灯已经上市，包括标致308，Seat Leon，大众帕萨特以及最主流的甚至是福特蒙迪欧。
除了从豪华端到中档车型的迁移之外，LED前照灯的另一个关键趋势是全新“自适应”前照灯系统的出现，这些系统可以自动响应汽车的环境。自适应技术允许驾驶员始终保持远光，在必要时自动调光或关闭特定发射器。
LED头灯组件开发
德国LED制造商欧司朗光电半导体一直在协调由德国联邦教育与研究部（BMBF）支持的研究项目，该项目包括汽车公司戴姆勒，驱动IC制造商英飞凌科技和汽车照明专家海拉，旨在进一步推进自适应技术， 例如，通过在车速增加时施加更高的电流来扩展前照灯的范围，并且扩展更宽的光束以照亮在城市驾驶中可能遇到的额外危险。欧司朗表示，它已经开发出第一款专为自适应汽车前照灯设计的多芯片LED组件。
该公司的Ostar产品系列中的一种变体，以及已经用于LED前照灯的最新版本的芯片，基于至少五个单独的发射器。每个模具都可以通过基于汽车传感器反馈的智能控制来实现独立控制，直接在下一代自适应系统中投放产品，并要求驱动电路提供更高级别的控制。
驱动器IC要求
由于LED前照灯在这些新的自适应配置中执行更复杂的功能，并且在所需的相同组件内控制单个芯片，因此驱动器IC成为设计中十分重要的部分。在过去，驱动器IC的主要功能一直是保持流过LED的电流一致，从而保证光束在恒定水平，例如德州仪器的LM3406HVMHX/NOPB和英飞凌科技的BCR 321U E6327。然而，新的自适应功能更复杂，并且必须根据遇到的局部条件对各个LED进行调光或关闭。


在奥迪的Matrix系统中，当车载摄像头检测到其他车辆接近时，前照灯远光灯的相关部分会被调光或关闭完全独立的二极管，同时在其余区域保持非常明亮的照明效果。


正如驱动IC供应商ROHM Semiconductor在之前的TechZone文章中所解释的那样，最简单的驱动功能可由线性稳压器提供。它们提供简单的控制，并且具有不需要电磁干扰（EMI）滤波器的优点。然而，它们的功耗对于更高功率的应用来说可能是一个问题，因此，降压型DC-DC转换器被认为是应用于前照灯中更好的选择。当驱动器IC需要串联控制多个LED时，通常使用升压转换器拓扑结构，以利用其更多功能。


LED驱动器还可以被设计为提供串联和并联LED控制的组合，并且该方法为电路设计者提供了控制LED所需的灵活性，该LED可通过单个驱动器实现多个功能。对于自适应前照灯，其中相同的LED将用于传输远光束和近光束，将光输出调暗的能力可以实现一些内部汽车照明功能。ROHM的BD8381EFV-M LED驱动器IC设计有多个HB-LED，包括可以应用于远光灯和近光灯，以及DRL应用。该器件能够承受高达50V的输入电压，并具有电流模式降压-升压DC/DC控制器，可在不同电压输入下稳定工作，并消除了可串联连接的LED数量的限制。

外部汽车前照灯的两个主要趋势—LED前照灯向中档和紧凑型轿车扩展，以及自适应照明系统的出现—对LED和驱动器IC都有重要影响。除了对白光LED和驱动器IC的整体需求不断增长外，前照灯单元设计人员还需要具有可单独调光发射器的多芯片组件，以及能够处理这种额外复杂性的多功能驱动器IC。ROHM半导体推出的BD8381EFV-M是一款LED驱动器，在汽车前照灯自适应照明系统中发挥着重要作用。