隨著電子學於汽車應用方面的複雜性提高之後，人們也越來越要求更有效率的操作方式。此現象在照明的應用上尤其明顯。近年來，發光二極體（LED）是許多汽車外部照明的首選，特別是在訊號應用方面。而隨著科技不斷進步，LED也設計作為內部照明之用。雖然大多用於CHMSL（第三煞車燈）及後車燈/方向燈/車尾燈，但隨著照明效能（每瓦的流明）及熱能特性，尤其在熱阻系數（?JC）方面的提升，LED仍持續在其他外部應用方面佔有一席之地。

LED 優於傳統白熾照明的特性如下：

近年來，在豪華轎車的車燈上，車廠逐漸採用高壓氣體放電燈（HID）取代白熾燈。只要在夜間的高速公路上，透過後照鏡一看，便可了解其普遍性。HID 燈是具有高度整流的複雜負阻抗負載。但電磁兼容性是一個問題，且最新的整流是以微處理器控制。LED車燈較為簡單可靠。一旦照明效能超過每瓦80流明，主要的問題便在於如何自半導體接面散熱。

《圖一　光電子放射機制》

LED的物理及構造

LED為半導體二極體，且屬於電致發光照明。如(圖一)所示，當半導體的電荷載子對與產生光的能量頻溝重新結合時，便會產生此機制。LED產生窄頻放射，其波長則由半導體的能量頻帶決定。發射白光的LED可混合數種不同顏色的晶片，在一般的LED室內產生白色燈光，或使用磷光體降頻器，將藍色/紫色燈光轉換成白色燈光，這些過程於(圖二)中說明。

《圖二　白光LED結構 》

順向電流與接面溫度決定了LED的光線輸出強度。LED接面的溫度越高，光線輸出便會減弱，順向電壓降減弱，則光線輸出的主要波長便會增加。LED是非線性的裝置，因此穿過LED的順向電流必須由電阻器限制，或由穩定的電源供電。同一批次的LED也會抑制相同電流的各種順向電壓降。LED亮度轉弱時，建議進行脈衝寬度調節，因為光線放射的波長是會隨順向電流改變的。LED不亮的兩個主要原因為順向電流過高，或接面溫度過高。順向電流過高會導致不放射的熱點及複合區，進而降低光線輸出。若溫度超過外覆樹脂的玻璃軟化溫度，則會導致嚴重的錯誤。(圖三)說明了順向電流與周圍溫度變化對光線強度所產生的影響。

《圖三　順向電流與周圍溫度變化對光線強度所產生的影響》

LED Application Considerations

若在電流穩壓器中使用增壓轉換器，則應該特別注意，以免電流轉換時，產生負載電壓過大的情況。在剛開始慢慢增加脈衝寬度時，一旦突破任一啟用的臨界點，便會產生此情況。然而若使用濾波電容器，則當輸出過大並回流至調節頻帶時，並無法避免該電容器停止共振電荷，但可避免電壓過大。當LED串取代分配器鏈中的上方電阻時，便會引發穩定性問題。文獻[1]即建議使用高側差動電流感應解決此問題，並縮小與遠端顯示器的交互連接數量。在(圖四)中，R1表示電流感應電阻或分流器，與二極管相接的Q2對節點1的電壓進行水平位移，並將其運用至Q1的基面。這些晶體管都在同一個管芯上，並在以相同電流運作時提供相近於VBE的電壓。由於VBE值相符，Q1的發射體的電壓便與節點1相同。因此，電阻R2中的電壓與R1中的電壓降相符，並產生與VR1/R2相等的Q1發射體電流。此電流流至Q1的控制器，並在R3中形成電壓降。增壓穩壓器以IC的參考電壓調整R3中的電壓。R4則提供Q2的電流偏壓。若R1中的電壓少於250mV，為了提昇效能起見，應將R4設定為最小VBE失配，以使Q1和Q2中的控制器電流相符。

《圖四　高側電流感應配置》

(圖五)顯示使用減壓穩壓器的停車/後車燈。LM5007為遲滯穩壓器，內有80V、0.7A DMOS的電源開關。在此穩壓器中，其高側電源開關的開啟時間與輸入電壓成反比；這是一項順向饋電的配置，可使開關的頻率幾乎保持一致的輸入電壓。LM555計時器則配置為穩定多階震盪器，可降低後車燈功能的控制週期。踩煞車時即停用穩定多階震盪器，電流便會流入LED串（在圖中以單一裝置顯示）。LM321則擴大LED與電阻中所產生的電流感應訊號，並提高動力系統的效能。

《圖五　停車燈/後車燈電路》

(圖六)顯示高電壓增壓轉換器如何開啟儀表板背光燈中的20顆LED白燈。這說明了LED串中的一般電壓大於70V時，白光LED的高順向電壓降情形。LM5000是開關穩壓器，最適於單一端點的拓撲（穩壓、回掃和順向）。此為電流模式穩壓器，可簡化迴圈補償。其控制和驅動電路的輸入範圍為3.1至40V，符合資訊系統和遙測技術的需求。若為65V的載荷傾卸需求，則在類比電源輸入上將需要偏壓的電源穩壓器或接線，此類裝置目前由Rf和Cf過濾。使用增壓拓撲時所應注意的情況為，延伸控制週期可能停頓。最理想的增壓穩壓器增益特質應為無線大的控制週期，在實際情況中，耗損會於較高的控制週期介入（一般大於 90％），推擠（Vo/Vin與控制週期的）增益曲線。若增壓穩壓器超過暫態期間、其增益推擠的控制週期或供應軌，便可能發生停頓現象。加入最大控制週期接線，並舒緩循序啟動便可避免發生此錯誤。

結論

《圖六　儀表板背光燈》

固態光源在汽車應用方面展現出無限潛能。下一個目標便是朝照明效能以及如何節省高溫時的耗電量努力。另一項挑戰則是製作符合SAE及ECE光束模式標準的LED照明。LED所具備的一項重大優勢為LED燈總成的投影零件深度較傳統解決方案低1/4。歐洲及日系汽車製造商於最近的車展中宣佈使用白光LED車燈，並運用於概念車款中。半導體廠商對這片新市場皆感到躍躍欲試。

（作者Paul Greenland為NS電源管理產品行銷主任，Werner Berns為NS電源管理產品產品行銷經理）

＜參考資料:參考文獻：

[1] Dimitry Goder （2004） Scheme provides high-side current sensing for White-LED drivers. EDN.

[2] Michele Huang （2002）. LED Technology and Applications. Osram Opto-Semiconductors

[3] John F. Derlofske, M. M. (2002). White LED Sources for Vehicle Lighting. SPIE.

[4] Kenneth R. Spring, T. J. F., Michael W. Davidson (2004). Introduction to Light Emitting Diodes, Molecular expressions.

[5] N. Narendran, L. D., R.M. Pysar, Y. Gu, H. Yu (2003). Performance Characteristics of High Power Light-Emitting Diodes. SPIE.

[6] Peter, J. (2003). Forward March: LED-powered headlights are just over the horizon. Automotive Industries.＞

延 伸 閱 讀	目前白光LED發光效率為15～20 流明/瓦，使用壽命約八年。預定3～5年後，將可達40流明/瓦，可逐步取代部分耗能之照明用器。白光LED應用於照明較現行光源壽命提高5倍以上，可充分解決廢棄登管之含汞環保問題，故白光LED為一無污染之環保光源。相關介紹請見「 白光LED 」一文。 本文針對如何選擇正確的白光LED驅動器，介紹了電感式驅動器和電荷泵驅動器、它們的侷限以及如何權衡考慮。並討論了如何評估白光LED驅動器的典型特性， 提供了外部零組件選擇指導以及實際的設計範例和佈局考慮。你可在「 白光LED驅動器的選擇和設計 」一文中得到進一步的介紹。 LED（發光二極體）的製造可以追述到上世紀70年代初期，但直到最近幾年，這項技術才得以顯著發展。在「LED正在穩步取代白熾燈用於汽車內外部照明」一文為你做了相關的評析。

市場動態

東芝Libretto U100在採用了LED背光系統後，大幅降低了能耗。這種液晶屏比通常用的CCFT類液晶屏省電48％，同時不含對身體健康、環境有害的重金屬汞。LED技術的採用，不僅讓U100耗電更少，移動性更出色，同時其環保優勢，也非常符合時下的消費新潮流。相關介紹請見「普及LED背光源筆記本節能環保新趨勢」一文。 TI推出新的同步升壓轉換器系列，能提供電源給最多五個串聯的白光LED，很適合體積精巧而使用電池的掌上型裝置，適用於先進的平面顯示器上，提供更完整的解決方案。可攜式產品設計人員可利用這顆超微小1.5 × 1.5釐米的超小型元件發展出體積最小的電感式解決方案，並以高效率控制和提供電源給產品背光照明所使用的白光LED。你可在「 TI提供體積最小的白光LED電源管理解決方案最適合智慧型手機、數位相機」一文中得到進一步的介紹。 媒體報導，由於台灣和南韓廠商紛紛進入白光LED市場，使其價格連續五個季度持續下跌趨勢。此訊息一經傳出之後，業者認為，現貨市場白光LED 業績也將因此受到影響。在「 競爭加劇白光LED連續跌價」一文為你做了相關的評析。