一直以来,轿车的刹车灯、转向信号灯、倒车灯以及车尾雾灯都选用21W到27W、亮度为280至570流明的钨丝灯泡作为光源。车尾灯、泊车灯、车侧显现灯以及转向信号闪灯选用4W至10W、亮度为40至130流明的钨丝灯泡,轿车头灯则选用高亮度的氙气荧光管(HID)。但在轿车照明中,越来越多地选用LED作为光源。尾部中心高位刹车灯是最早选用LED的轿车灯。别的,在车灯市场上,其他车外照明和指示灯如刹车灯、转向信号灯以及车内照明灯都已改用LED灯泡。近年来,车外照明灯,如白日行车灯(DRL),以及车头近光灯都开端改用LED灯泡。估计轿车大灯也会很快改用高亮度LED灯。此外,在车身内部,一些车内显现器的背光也开端选用LED作为光源,如仪表盘以及TFT显现器。
轿车LED照明体系的长处
白光LED的色温约为6000K,视觉上简直等同于天然光。因为人眼区别色彩的才干在天然布景条件下是最好的。在晚上,人眼只要在天然的色彩状况下,对景象或马路边缘才有很好的区别才干。
LED 灯的均匀寿命比钨丝灯以及高亮度荧光灯管长,并且愈加安稳牢靠。如能够减少出毛病的几率,一起无需频频地替换灯泡,省却了许多费事。并且选用LED能够节约更多的动力。LED灯外形更小,更简略装入灯座内,在占用更少空间的一起,更简略合作时髦的灯饰规划。更为重要的是,LED刹车灯的发动速度更快。 LED刹车灯的点亮时刻仅为50ms左右,比钨丝灯泡的发动时刻快大约250ms,然后降低了被跟随车辆磕碰的风险。别的,LED是固态光源,能够接受更大的轰动。
驱动LED灯的技能要求
因为LED的亮度与流过的电流成正比,所以需求稳定的电流源来驱动LED。在任何状况下,流过LED的电流要坚持稳定,才干保证LED亮度的共同性。别的还需求在任何状况下都能将纹波电流操控在可接受的水平。所以说LED驱动器的规划归于电源转化电路规划,其特点是恒流输出而非恒压输出。
在LED驱动器规划中,有必要添加堵塞电路,为避免电源反向操作供给维护。咱们会遇到的别的一个应战是要在轿车冷发动或负载断电的状况下保证LED能够正常作业。在正常操作的状况下,小轿车的电池供电电压介于9V与16V之间(例如12V体系总线),而大卡车的电池供电电压则介于18V与32V之间(例如24V体系总线)。在呈现负载断电或冷发动的状况时,电池的输入电压规模会与正常的规模有很大的收支。
在发电机运转期间,假如电池的供电被忽然切断,此刻发电时机持续发电,运用发电机供电的电容等用电部分就会呈现电压忽然增高的现象,假如不采纳维护措施,将会损坏用电器。假如LED的驱动不是恒流驱动,LED的电流就会有所改动,构成LED的亮度改动,这便是为什么现在的轿车灯展存在闪耀现象。下面是一个负载断电测验的一个界说,用来仿照负载突断的一些景象。不同的轿车厂商选用不同的规范,因而负载断电测验的界说也各不相同,图1 仅仅其间一个事例。
图1 负载断电测验的界说
虽然负载突降会构成负载电压升高,但大部分先进的沟通发电机都装备了中心操控式负载断电箝位电路。12V总线体系的参阅电平会被约束在35V到42V之间,而24V总线体系的参阅电平会被钳定在50V到60V之间。
在气候冰冷的时分,发动装置会令电池供电电压大幅跌落,图2显现“冷发动”测验的典型波形。
图2 “冷发动”测验的典型波形
因为LED驱动器的输入供电端衔接电池的输入端,因而像刹车灯这类触及驾驭安全的轿车灯有必要不受负载断电及冷发动的影响,乃至有必要能够在这种状况下持续正常运转。在典型的状况下,12V总线体系的输入规模为6V到42V,24V总线体系的输入电压规模为12V到60V。
LED驱动技能
电阻限流是LED驱动办法之一,其长处是本钱较低、规划简略;缺陷是电流会跟着正向电压和驱动电压的不同而改动,所以LED宣布的亮度会改动。当电池电压比较高时,驱动的功率很差,因为此刻大部分的功率会耗费在电阻上。此外,限流电阻会发生很大的热量,导致散热的问题。所以这是一个简略、但并不是一个最高效的办法。
第二种办法是线性稳流器,也叫恒流源。它的长处是规划简略、电流稳定;缺陷是功率很低,并且跟着输入电压的升高,线性芯片承载的压降也就越大,所以线性芯片也会发生很大的热量。但它改进了电阻限流办法中电流动摇的缺陷。
除了以上两种办法,还有一种开关电源式的驱动办法。表1是三种不同办法的比较,用开关电源作为LED驱动的办法具有很高的功率,并且电流稳定。因为开光电源转化器的功率较高,因而被越来越多的车灯生产商运用。其最大的缺陷是规划线路要杂乱些,并且本钱相对较高。
表1 三种LED驱动办法比较
轿车照明中为什么要用到升压/降压LED驱动器呢?这是因为电池电压是动摇的,在电压动摇时,咱们需求坚持流过LED的电流稳定,升压/降压LED驱动器能够保证不论输入电压高于仍是低于输出电压,电流都能坚持稳定。这保证了在负载断电和冷发动的时分,和安全有关的照明灯能够坚持稳定的亮度。别的,多样化的 LED轿车照明运用也需求不同的LED驱动器拓扑结构。部分轿车灯生产商期望能够有一个LED驱动渠道能够适用于不同灯火体系的不同LED装备。升压/降压LED驱动器是大部分高亮度轿车灯火体系的抱负驱动器处理方案。
LM3423(图3)是NS公司一款升压/降压LED驱动器芯片,它不仅能够供给快速的调光操控、牢靠的维护和毛病显现等功用,还能够装备升压、起浮降压及起浮的升压/降压LED驱动器,满意不同的LED车载驱动的要求。
图3 LM3423升压/降压运用原理图
用于LED背光体系的升压LED驱动器
在一般的运用状况下,咱们都会选用升压恒流LED驱动器驱动多串数量较多的LED,选用这种装备的LED背光体系可为轿车仪表板及导航体系显现器供给背光。别的,轿车仪表板显现器有必要加设调光操控功用,以便操控LED背光灯的亮度。如在周围环境较亮光时能够调高亮度,而在周围环境较暗时,能够调低亮度,以防驾驭者的眼睛无法习惯急剧的亮度改动,影响驾驭安全。此外,具有PWM调光功用的操控器有必要具有很好的比照度,即具有很好的线性调整度。
PWM信号是串脉冲信号,咱们能够经过切换电流开关来操控脉冲的发射,令LED宣布超越100Hz的亮光,这样在视觉上咱们就会觉得亮度已减,因为人眼会将亮度过滤/均匀化。调光功用的好坏是经过调光的占空比来完成的,假如器材的占空比很小,那么调光的规模就会较大,具有更好的线性度。一般有两种办法:一种是模仿的信号调光,另一种是PWM信号的调光。因为模仿调光是经过改动LED的电流完成的,当 LED的电流改动的时分,LED的色彩也会发生改动,所以咱们一般会选用PWM调光作为亮度操控办法。选用这种办法时,LED要么导通,要么关断,不会使 LED的色彩发生改动。
LM3423可支撑快速调光操控以及“0”停机电流功用,适用于轿车导航体系显现器以及仪表板的LED背光体系(图 4)。它能够保证流过每个灯的电流是共同的,在LED下方串接了一个MOS管作为调光操控的开关。其间,nDIM引脚担任履行输入欠压确定以及PWM调光功用。每逢输入PWM信号时,DDRV引脚便会驱动DIM N-FET,指令串联在一起的LED进行快速开关,以便操控亮度,调光操控频率能够高达50kHz。
图4 LM3423升压LED驱动器
图 5中展现的是调光作用比照,能够看到,在很低的占空比条件下,能够坚持相同的开关,流过LED的电流是稳定的。图中显现的调光占空比是0.5%,输入电压为12V,LED的电流为100mA,驱动的数目为每串10个LED。这儿的调光频率挑选的是230Hz,当周围环境的亮度变暗时,轿车显现器的LED背光便会调低灯火的亮度。假如占空比很小,那么亮度就能够调得很低,在环境亮度很暗的时分,就不会觉得仪表盘的亮度很扎眼。
图5 LM3423调光操控作用比照
运用传统的升压形式的驱动器时会面对一个问题:不论操控器驱动作业与否,其输入和输出之间都一个通路,这种状况下,输入端的电池会对负载有个直流的通路,会构成漏电。当用于车载照明时,轿车在长时刻不必的时分,有这个通路就会对电池进行放电。再次发动车辆时,就会发现电池没电了。别的一个问题是,输出端呈现短路的时分,会对电池进行放电。即便主开关现已封闭,也不会对输出端的漏电发生影响。针对这种状况,要在输出端参加保险丝,避免呈现短路。使用 LM3423能够处理这个问题,有用延伸电池的运用寿命。若LED串与地衔接,构成短路,由FLT引脚担任驱动的输入端P-FET会随即被封闭,然后令输入途径成为开路,避免了漏电问题。