在過去的數 10 年里，LED 僅使用在汽車警示燈或類似的應用方面。然而，高亮度 LED 的面世使這些光源能夠擴大到汽車的內部照明上，而且還包括方向燈、尾燈及剎車燈。最新的發展是利用高亮度白光 LED 作為汽車的白天行車頭燈，并提供明暗燈兩種功能。由于 LED 十分省電，維修率低且具備較高的設計靈活性，預計將有越來越多的汽車制造商轉用 LED 技術提供各種頭燈功能。

　　LED 汽車頭燈系統的要求

　　為產生頭燈所需的足夠亮度，有必要使用多個 LED 燈。這些 LED 可以被安排成單一燈串或以 3 個~15 個為一組的多條燈串。為了安全起見，最好是將 LED 驅動器的輸出電壓限制于 60V 以下，而 LED 驅動器的輸入電壓范圍最少應為 8V~16V。汽車 LED 頭燈一般需要較大輸入電壓范圍，以便在內燃機起動和負載突降期間提供頭燈功能，具體電壓取決于汽車制造商，一般為 4V~24V 甚至 36V。

　　這種應用中，可行的拓撲方法是升壓、降壓 / 升壓及 SEPIC。

　　圖 1 所示為三種頭燈常用的 LED 驅動器拓撲。

　　圖 1 最上方的電路為升壓拓撲，這是最簡單及最高效率的配置，但其缺點是不能為輸出提供完全安全的短路保護。此外，其輸出電壓必須高于輸入電壓，并需視 LED 的安排而定，因此有可能形成限制。圖 1 中間的電路為 SEPIC 拓撲。這種方法可提供短路保護及寬廣的輸入和輸出電壓范圍，而且輸出電壓可高于或低于輸入電壓。然而 SEPIC 拓撲的缺點是其對功率組件的要求比升壓及降壓 / 升壓的要高。

　　圖 1 最下方的電路是建立在一個標準的低邊升壓控制器基礎上的降壓 / 升壓浮動拓撲，它可以將負載的能量送返到輸入。在這個特殊的配置中，一個高邊電流傳感放大器負責感測 LED 的電流。和傳統的降壓 / 升壓拓撲一樣，電感器電流相當于 LED 電流 /(1- 占空比)。但這種配置當遇到短路接地時不能為輸出提供完全的短路保護。

　　典型的設計實例

　　對于汽車 LED 頭燈來說，直至現在還未能確定哪一種功率轉換拓撲才最適合它。對美國國國家半導體最近推出的一款高功率 LED 控制器 LM3421 來說，它能適用于所有拓撲。該控制器適合恒流升壓、SEPIC、降壓 / 升壓及反激拓撲，而且還提供了各種不同拓撲的參考設計。例如，圖 2 中的 LM3421 低邊控制器是恒流 SEPIC 應用的實例，該電路具備高速的調光功能。

　　雖然市面上有很多其它的低邊功率控制器，但 LM3421 是專為高亮度 LED 應用而設計，并且可分別為數字調光或仿真調光提供快速的數字調光功能及準確的高邊電流感測。配合高邊電流感測，LED 驅動器在驅動器與 LED 之間只需使用一條接線。接地回路方面，并不一定需要路由回到 LED 驅動器，而是可以通過車身進行接地。高開關頻率讓設計人員可使用較細小的外部功率級組件，而強大的 MOSFET 驅動器能力及低靜態電流則促成了高效率的功率轉換。

　　“預測性關斷時間”控制模式應該算是 LM3421 解決方案的最大優點。與傳統的 PWM 電流模式控制相比，這種模式在沒有定時情況下，預測性關斷時間控制在任何占空比時均不會出現電流模式的不穩定現象，同時它還允許不能在定時電流模式系統中(尤其是升壓拓撲)實現的占空比及電壓轉換率。此外，這種控制也無需進行斜率補償。針對那些需要更多功能要求的應用來說，LM3423 可以派上用場。該器件擁有一系列的額外功能，包括 LED 輸出狀態標記、故障標記、可編程的故障定時器，以及一個可選擇調光輸出驅動器極性的邏輯輸入。

　　LED 車頭燈已整裝待發

　　第一輛純 LED 頭燈汽車已由一間德國車廠于 2008 年夏季進行投產，其后雖有不少制造商紛紛積極研發并準備生產，可是直到目前為止，仍有一些障礙使 LED 頭燈未能破繭而出，這包括光度輸出能力、高亮度 LED 的效率及驅動電路的發展。

　　不過，如今的高亮度 LED 的亮度已經一代比一代出色，一些優秀的功率轉換電路使得在驅動 LED 方面獲得極大的改進且更容易實現。基于這些發展，相信 LED 頭燈將會越來越盛行。雖然 LED 在生活中處處可見，但是 LED 也還有一些不足需要我們的設計人員擁有更加專業的知識儲備，這樣才能設計出更加符合生活所需的產品。