自動車照明システム ～LEDの急速な普及～

これまで、自動車の照明にはハロゲンランプが選ばれることが多かった。近年、車両全体への LED の適用が急速に拡大し始めています。従来のハロゲンランプの耐用年数はわずか約 500 時間ですが、主流の LED ヘッドランプの耐用年数は最大 25000 時間です。長寿命の利点により、LED ライトは車両のライフサイクル全体をほぼカバーできます。
フロントライトヘッドランプ、ターンシグナルランプ、テールランプ、インテリアランプなどのエクステリアおよびインテリアランプのアプリケーションは、デザインと組み合わせにLED光源を使用し始めました。自動車の照明システムだけでなく、民生用電子機器からファクトリーオートメーション機器までの照明システム。これらの照明システムの LED 設計は、ますます多様化し、高度に統合されており、特に自動車照明システムで顕著です。

自動車照明システムにおけるLEDの急速な成長

LEDは光源として長寿命であるだけでなく、発光効率も通常のハロゲンランプを大きく上回ります。ハロゲンランプの発光効率は10～20 Im/W、LEDの発光効率は70～150 Im/Wです。従来のランプの無秩序な熱放散システムと比較して、発光効率の改善により、より省エネで効率的な照明になります。また、LED ナノ秒の応答時間は、ハロゲン ランプの秒応答時間よりも安全であり、これは特に制動距離で顕著です。
LED の設計と組み合わせレベルの継続的な改善、および段階的なコストの低下により、LED 光源は近年、自動車の電子機器で検証され、自動車の照明システムでのシェアを急速に伸ばし始めています。TrendForce のデータによると、世界の乗用車における LED ヘッドライトの普及率は 2021 年に 60% に達し、電気自動車における LED ヘッドライトの普及率はさらに高くなり、90% に達するでしょう。普及率は、2022 年にはそれぞれ 72% と 92% に増加すると推定されています。
さらに、インテリジェント ヘッドライト、識別ライト、インテリジェント アトモスフィア ライト、MiniLED/HDR 車両ディスプレイなどの高度な技術も、車両照明における LED の普及を加速させています。今日、パーソナライゼーション、通信ディスプレイ、および運転支援に向けた車両照明の開発に伴い、従来の自動車メーカーと電気自動車メーカーの両方が LED を差別化する方法を模索し始めています。

LED 駆動トポロジーの選択

LEDは発光素子として、当然駆動回路による制御が必要です。一般的に、LEDの数が多い場合やLEDの消費電力が大きい場合は、駆動する必要があります(通常は数段駆動)。LED の組み合わせの多様性を考慮すると、設計者が適切な LED ドライバを設計することはそれほど簡単ではありません。ただし、LED自体の特性上、発熱量が大きく、保護のために電流を制限する必要があることは明らかであり、定電流源駆動が最適なLED駆動モードです。
従来の駆動原理では、システム内の LED の総電力レベルを指標として使用して、さまざまな LED ドライバーを測定および選択します。順方向電圧の合計が入力電圧よりも高い場合は、電圧要件を満たすブースト トポロジを選択する必要があります。順方向電圧の合計が入力電圧よりも低い場合は、降圧トポロジーを使用して全体の効率を改善する必要があります。ただし、LED 調光容量要件の改善とその他の要件の出現により、LED ドライバーを選択する際には、電力レベルだけでなく、トポロジー、効率、調光、および混色方法も十分に考慮する必要があります。
トポロジの選択は、自動車の LED システムにおける LED の特定の位置によって異なります。たとえば、自動車照明のハイビームやヘッドランプでは、ほとんどが降圧トポロジーによって駆動されます。この降圧ドライブは帯域幅性能に優れています。また、スペクトラム拡散周波数変調の設計により、優れた EMI 性能を実現できます。これは、LED ドライブにおいて非常に安全なトポロジーの選択です。ブースト LED ドライブの EMI 性能も優れています。他のタイプのトポロジーと比較して最小の駆動方式であり、自動車のロー/ハイビーム ランプやバックライトに多く適用されています。