1.LED驱动器
要实现先进的汽车照明应用，必须有相应半导体技术的支持，LED照明系统在目前和未来的汽车中迅速推广应用，这给LED驱动器集成电路提出了很多非常严格的性能要求。为确保最佳性能和更长的使用寿命，LED需要一个有效的驱动电路。这些特殊的驱动电路必须能够适应条件相当苛刻的汽车电源总线，而且要既经济又节省空间。为了保证更长的使用寿命，首要的是不超过LED的电流和温度限制。不管输入电压或LED正向电压如何变化，LED驱动器都必须提供恒定电流以保持一致的亮度，而且必须以高效率工作。这些应用还要求紧凑和热效率更高的解决方案。
在汽车照明系统中，LED驱动电路必须能够从相当苛刻的汽车电源总线中获取工作电源，同时兼顾应用成本和空间效益。在实际应用中，为获取所需亮度的照明光源，需采取多个LED串联、并联或串并联混合的结构。同时，为保证LED的使用寿命，需根据LED阵列结构及LED的正向电压降（VF）和驱动电流（IF）来设计LED驱动电路。
汽车电源总线提供标称值为12V的电源，根据不同应用而导致的LED颜色和亮度差异，其允许的电压范围为2.68～4.88V。若采用单个或3个LED组成（串联）LED阵列，则需使用降压型LED驱动器将汽车总线电源电压降至一个比较合适的范围。同样，在诸如汽车前照灯、转向灯等需多个（8个以上）LED串联组成阵列使用的场合，需采用升压型LED驱动器将输出电压调整至比较合适的范围。
汽车照明系统中要求进行调光控制，需要所选LED驱动器提供方便的调节输出电流来控制LED亮度。通常情况下，可采用外部SET电阻、线性调节和PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）调节等技术来控制LED的亮度，上述方法各有利弊。在LED驱动器外部使用SET电阻的方式缺乏灵活性，无法进行动态调节。线性调节可动态控制LED的亮度，但会降低LED的效率，并引起白光LED向黄色光谱的色彩偏移。相比较而言，PWM调节技术的优势十分明显，当PWM脉冲为有效高电平或低电平时，LED输入电流分别为最大或0，其导通时间受控于PWM引脚输入脉冲的占空比。由于LED始终工作于相同的电流条件下，通过施加一个PWM信号来控制LED亮度的做法，可以在不改变彩色的情况下实现对LED亮度的动态调节。
在汽车应用中，LED被排列成多串（每串定义为一个串联LED组，具有相同电流），可以根据显示器的尺寸方便地排列LED串，将LED排列成多串有助于提高故障容限（如果一个LED开路，只会关闭与该LED串联的LED，而非所有LED）。使用多串LED的另一个原因是限制每串LED的电压，提高系统安全性。由此可见，能够驱动多串LED的单片IC具有明显优势。多串驱动器结构通常包含了LED串、升压变换器（将输入的蓄电池电压转换成每串LED所需高压）、多路线性吸电流调节器（用于建立每串的驱动电流），如图1-4所示。
图1-4 多串驱动器结构
与具有多路开关变换器的方案相比，这种方案的组件数较少，成本较低（只需要一个电感和少数旁路电容）。与单串驱动器直接驱动并联LED的方案相比，这种方案的优势是可以在每串LED之间均衡电流。如果多串LED直接并联，因为有些LED的正向导通电压较高，电流不可能在每串之间均分。另外，LED的正向导通电压会随着温度的升高而降低，电流的不均衡会导致热量失控，因为具有较大电流的LED串发热较多，其正向导通电压随之降低，从而吸收更大电流，导致该串LED的温度进一步提升。随着电流差异的增大，可能导致一串或多串大电流LED失效。如果LED串只是简单地并联在一起，由于驱动器只能控制总电流，失效的LED电流会增加到其他LED串，从而由于过驱动而导致其他LED串失效。利用图1-4所示结构可以避免出现这种状况。这种结构采用MOSFET调节LED串的电流，为使这些MOSFET的温度尽可能的低，需确保MOSFET两端的电压尽可能的低，但需足够的电压使MOSFET处于饱和区。理想条件下，升压变换器的输出电压为：
Vboost=max(Vstring,i)+Vsat （1-1）
式中，Vstring,i为第i串LED的正向导通总电压，Vsat为MOSFET处于饱和状态时的漏源极电压VDS。能够将该电压设置到理想值的驱动器称为具有自适应电压优化（AVO）功能。
大多数应用需要通过PWM调节LED亮度，例如按照一定的占空比进行通、断控制，使线性吸电流调节器打开、关闭，从而使AVO设计变得更加复杂。当所有LED串关闭时，升压变换器的工作状态有多种选择和一些限制。
（1）传统LED驱动器
传统的LED驱动器方案采用图1-4所示的结构，包含升压开关变换器和多路独立工作的电流调节器，这些变换器在配合外部组件实现AVO功能时存在一些问题。即外部电路必须检测LED串的最高正向导通电压（或最低的阴极电压）；利用图1-4中粗黑线标记的几个二极管可以实现这一功能。这种方案会占用更大的电路板面积，提高了系统成本。
该方案在出现LED故障时还存在另一潜在问题，如果一个LED发生开路，这一串LED的阴极电压将跌落至零，二极管检测电路将判断这一串LED具有最高的正向导通电压，并开始提升输出电压，试图为这一串LED提供足够的驱动电压。最终导致其他LED串的吸电流MOSFET上的电压提升，可能造成MOSFET失效或触发升压变换器的过电压保护（如果具备此项功能），而关闭变换器和所有LED。
该结构的第三个问题是LED的PWM调光，当LED关闭时，二极管电路没有电压参考点来设置升压变换器的输出电压。一种可能的解决办法是增加另一个二极管，通过分压电路连接到升压变换器的输出端，如图1-4中的粗黑线标记电路。LED关闭时，该二极管导通，将升压输出设置到预置电压。这种方式存在的显著问题是在进行PWM调光时，升压变换器输出具有较高的纹波，如图1-5a所示。这会产生EMI噪声，是汽车LED应用设计面临的一个关键问题，它还会在输出电容Cout上产生噪声。
（2）新一代LED驱动器
新一代LED驱动器的升压开关变换器和线性吸电流调节器可以进行双向通信（而不是独立工作），可解决（或部分解决）上述3个问题，大大提高了系统性能。这些新型驱动器在IC内部检测LED串的电压（比如每个吸电流MOSFET的漏极电压），利用内部二极管或模拟开关电路选择最低电压，新一代多串驱动器内部电路如图1-6所示。这种方案大大降低了外部组件数量和解决方案的成本。
图1-5 PWM调光波形
此外，双向通信功能还解决了上述一个LED失效或开路引发的问题。一旦发生这种情况，升压变换器输出电压开始上升，达到过电压保护门限时即可识别故障的LED串，禁止或移出该串对应的AVO控制环路，其他LED串保持正常工作。除了降低照明亮度外（而不是全部关闭LED），失效的LED不会对电路造成其他影响。
新一代LED驱动器在调节LED亮度时，内部开关和线性调节环路采用了与图1-4所示电路不同的方式，具有更低的噪声。LED关闭时可禁止升压变换器工作，如图1-5b所示。即变换器在此期间停止了开关操作，功率开关MOSFET保持在断开状态，补偿电路也处于开路。补偿电容保持其电荷量（补偿环路工作时的状态）。输出电压由输出电容Cout维持，由于LED关闭电容不放电，放电电流只是漏电流。LED恢复导通时，变换器重新启动开关操作，具有极小的纹波。在这种方案中，升压变换器输出电压在PWM亮度调节期间几乎保持恒定，大大降低了EMI噪声和输出电容上的可听到的噪声。
图1-6 新一代多串驱动器内部电路
这种方案的唯一限制是PWM调光的导通周期需要大于几个（3个或4个）开关周期，以便升压变换器为输出电容重新充电，以补偿关断期间的漏电流损耗，这限制了最小占空比。
总的来说，由于LED具有非线性伏安特性，因此需要进行限流来实现对功耗及光输出这两个重要因素的控制。功耗及光输出都取决于电流，所以驱动HB-LED的最理想的电源是恒流源。HB-LED与标准LED的不同之处在于其输出功率不同。传统的LED的输出功率一般仅限于50mW以下，但HB-LED却能够提供1～5W的输出功率。
具有相同型号和技术参数的HB-LED，不一定具有完全相同的VF值，当通过两个HB-LED的电流IF相同时，它们的VF电压可能不同。因此，通过恒定电压的方式控制HB-LED，可能会导致HB-LED之间的电流IF不同，要确保所有HB-LED具有相同亮度及相同的色度，则必须采用恒流驱动HB-LED。
随着HB-LED电流增加，功耗也将增加。电流为350mA，压降为3V的HB-LED大约会消耗1W的电能，如果不进行正确的热管理，这种热耗散可能会导致HB-LED过热和可靠性下降。热设计的另一个重要方面是HB-LED发光强度与LED结温成反比，随着温度增加，发光颜色会进入更高的波长。
在LED驱动电路设计中，使用电阻来限制IF电流非常普遍。但在HB-LED驱动电路设计中，会因限流电阻导致系统效率下降。因此，在HB-LED驱动电路设计中，采用开关电源（Swich Mode Power Supply，SMPS）可提高效率和降低功耗。由于SMPS需要存能组件（电感器和电容器）而增加成本；同时，SMPS还可能出现噪声或EMI问题。
一组HB-LED可以采用并联或串联方式驱动，并联驱动HB-LED时，不同回路的HB-LED会有不同的发光强度，对此每个HB-LED需要一个专用控制回路，因此对于并联驱动多个HB-LED的应用而言将增加成本。而采用串联方式驱动HB-LED时，HB-LED有相同的电流，从而可提供相对恒定的亮度。根据串联的LED数量，驱动电路的输出电压可能低于或高于输入电压。
当然，把HB-LED集成到汽车应用时也会面临诸多挑战，例如，必须保持尽可能低的成本。就组件本身而言，HB-LED的价格通常高于其他照明方案（白炽灯、卤素灯、CCFL）。因此，必须降低HB-LED方案的系统级成本，以提高该项技术的市场发展潜力。降低方案成本的途径之一是尽可能减少驱动器的元器件数量，这也有利于提高系统可靠性，因为PCB上的每个组件都可能是系统的一个故障点。
另一挑战是效率，高能效在汽车中的重要性越来越高，特别是对于混合动力车，须尽可能提高效率使功耗（发热）降至最低。汽车部件一般工作在高温环境，发动机周围的环境温度可能达到105～176℃，其他部位的温度会达到85～176℃。HB-LED产生的热量大，它们并不能在IR或UV波段辐射能量，其功耗会提高周围环境的温度，这就需要降低驱动器的功耗，避免驱动器IC或驱动模块中的其他器件过热。
当然，汽车环境下同样面临EMI（Electromagnetic Compatibility，电磁兼容）问题。任何照明子系统都不能干扰车内的其他子系统，AM（Amplitude Magnification，调幅）收音机通常是最敏感的部件之一。
设计汽车HB-LED应用系统时，需要折中考虑多方面因素，包括组件数量、效率、可靠性等。表1-4对多种HB-LED驱动方案进行了对比和归纳，有助于设计人员针对具体应用选择最佳方案。
表1-4 多种HB-LED驱动方案的对比和归纳
在某些汽车HB-LED照明应用中，必须密切监测HB-LED的温度，这一点对于空间紧凑，特别是散热条件较差的系统特别重要。HB-LED过热会降低HB-LED的使用寿命。通过短时间调低HB-LED亮度，在大多数应用中可以避免过热现象。为了达到这个目的，驱动器件为外部温度传感器提供了一个输入端。当检测到过热时，器件可以调低亮度，直到温度恢复到可以接受的范围。温度和亮度调节门限可以通过串口编程，并存储到EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器）。该功能可以省去昂贵的大尺寸散热器。
目前，汽车组合尾灯（RCL）越来越多地采用LED光源，不仅外形美观、光效高，更有助于后车清晰地看到前车的行驶状态。安森美半导体的NCV7680是一款线性稳流及控制器，可以单芯片为汽车组合尾灯供电，提供更佳的性能和更高的能效，且占位面积小。该器件包括8个线性可编程恒流源，每通道可提供75mA的驱动电流。NCV7680集成了众多功能，支持两个亮度等级，一个用于停车，另一个用于尾部照明。如果需要，也可使用可选的脉宽调制（PWM）控制。在系统设计中只需使用一个外部电阻设定输出电流（整体设定点）。另外，针对要求大电流的设计，可选的外部FET（Field Effect Transistor，场效应晶体管）以根据设计所需的高电流进行功率分配。延迟的功率极限降低了在过电压状态下的驱动电流，这对于没有外部FET的低电流应用来说十分重要。
NCV7680的典型应用包括组合尾灯、日间行车灯（DRL）、雾灯、中央高位停车灯（CHMSL）、转向信号灯和液晶显示器（LCD）背光、照明模块等。与分立方案相比，该器件可更好地匹配LED输出，并具有LED串开路诊断功能。NCV7680可根据LED的电压特性，利用电流驱动对LED进行精确地控制，并支持微处理器，无EMI干扰，可在汽车蓄电池电压下降时维持系统功能，具有高度灵活性。NCV7680驱动LED电路如图1-7所示。
图1-7 NCV7680驱动LED电路
图1-7 NCV7680驱动LED电路（续）
安森美半导体还开发NCV786xx系列IC及双LED驱动器产品平台，以应用于先进的汽车LED前照灯系统。该产品平台的开发是为了满足驱动高达60V电压的多串LED，以满足PWM调光维持色温及控制平均电流的系统级要求，使设计的汽车前照灯能够以一颗系统级芯片器件控制远光灯及近光灯、日行车灯、转向指示灯及雾灯。该平台能够与外部微控制器（Micro-ControllerUnit，MCU）通信，在上电后改变工作参数、检测LED短路及提供先进的系统诊断功能。
另一个常见的汽车LED照明应用是尾灯/闪光灯组件，也被称为组合尾灯（RCL）。对于在12～14V直流电源供电中具有3V典型正向电压（VF）的LED来说，一个可能的解决方案是使用降压开关变换器。由于最低值为12V，因此只允许3个LED串联。可以采用图1-8所示的串联/并联阵列，因为在一个串联灯组中所有必备的LED的总电压将超过12V。
图1-8 串联/并联阵列
对于此应用的调光和闪光部分，可以使用多种方法降低向LED阵列提供的功率。最常用的一种方法是脉宽调制（PWM）调光，这种方法通常使用专门的逻辑信号高速开启和关闭LED以控制总体光输出。这种方法简单有效，但若用于汽车电子系统，在汽车电子系统线束中需要一根独立的线路用于调光信号。另一种方法称为双线调光，向LED驱动器提供的电源定期中断以控制调光。
在并联灯组阵列中，配置的LED允许在12～14V电源轨下直接运行，极大地简化了系统设计，但并联/串联组合也同样具有一些缺点。在查看LED制造商数据表时，可以注意到两个重要的事实：LED的光输出与流经的电流成正比，LED的动态电阻随着VF而变化。制造商按VF、光通量和颜色（或色温）对LED分级。例如，典型的VF级别可能包含范围从3.27～3.51V（25℃时）的LED，所有级别的整个范围可以从2.8～4.2V。由于LED制造商通常有多个级别的LED，关注成本的设计依赖所有LED都具有一致的VF是不实际的。
在实验中，使用图1-9所示的实验性设置。一种设置用于4个LED（每个LED都具有专门的电流源），另一种设置用于并联的4个LED（共享一个电流源）。表1-5所示数据为在25℃加电后5s内测得，可最大限度降低LED自发热的影响。
图1-9 实验性设置
表1-5 多电流源设置（左）和单电流源设置（右）的数据
从这些数据可以明显看出LED的VF变化在并联运行时将导致不均匀电流分布，即使对于分级的LED，也可以看到类似的影响，并联阵列中各串联灯组的电流分布不均。改进并联LED组间电流分布的一种方式是向各LED组增加限流电阻器。这有助于使电流分布均匀，但存在的主要问题是由于限流电阻器的功耗而降低了效率。
根据具体的设计中可以采用单个串联LED组作为首选拓扑结构，在这种解决方法中，仍可以使用LM3406等IC，但将增大系统复杂性，因为需要前端器件用于传输超出12～14V的电源电压为LED驱动器供电。LED驱动器降低此电压为单个LED灯组供电。这可以通过在直流电源和LM3406之间增加升压DC/DC功率级实现，升压和降压组合如图1-10所示。通过此拓扑结构，串联LED组中的所有LED均具有相同的电流。
图1-10 升压和降压组合
设计中采用降压变换器而不是使用升压变换器是因为这两种拓扑结构之间有着重要区别，升压变换器需要输出电容器，而降压变换器可以使用或不使用输出电容器工作。如果设置中使用输出电容器，即使在变换器已进入调光模式并停止向LED供电后，仍可以为LED输送电流一段时间。因此，在LED输出实际停止前，还需要额外的时间使输出电容器放电。在LED组中使用串联开关仍可以实现有效调光，但这需要附加的调光FET以及更复杂的驱动器集成电路或增加外部部件。
除了调光复杂性以外，升压变换器本身无法保护LED免受负载突降时产生的高电压影响。在升压/降压拓扑结构中，降压变换器可以承受高电压，而不会发生损坏甚至中断正常工作。升压变换器还易受到开路（使V0上升不受约束）和短路（在V0低于Vin时，I0失去控制）影响。最后，由于输出电流是关于升压变换器占空比的函数，因此必须检测电感器电流和LED电流，这也导致了驱动器的复杂性增加。
在设计LED驱动电路时，在电源系统设计方面有许多种选择，这取决于所需的LED数量与型号、照明要求以及所需的系统特性。由于可用的拓扑方式包括升压、降压、升降压，LED灯串可以偏离汽车电源的范围运行而不受限于12～14V电源总线。若设计中选择在12～14V范围内工作，则可以使用降压变换器，如此一来，即使所有LED的总VF超过系统供应的直流电压也同样不成问题。若采用串联的方式而不采用串联/并联设计，便可采用升压与降压变换器组合，也可以仅用升压变换器。此外，假若LED需要在特殊情况下工作且受保护，可以使用SEPIC拓扑，其可依据输入电压与所需的输出电压来决定降压或升压。
随着应用层面的不同，选用不同的LED光源封装对应不同的环境要求，依需求亮度不同可简单分为指示用、照明用与投射用三种。指示用光源可用于第三刹车灯、尾灯组（尾灯、刹车灯、转向灯等）、侧灯等，其光源输出流明值低，所需功率低，约在70～200mW，产生的热量对于封装影响较小，因此在封装上会忽略此热量造成的影响，而直接利用树脂类材料包覆整体以进行封装，因树脂的热传导系数低（W/mK），所以其相关热阻会因散热不易而升高至50～200K/W。而照明用光源其封装功率会相对提高，除了可应用于指示用光源类的产品之外，亦可用于亮度要求较高的日行灯、雾灯、前方向灯等，但也因损耗功率增加（功率约在1～5W），需考虑散热问题。除了树脂类材料封装外尚需利用金属材料将热导出以维持出光效率，其热阻应维持在15K/W以下。而投射用光源则是光源封装要求最高的，其应用产品以前照系统（远灯、近灯、雾灯等）为主，其单体封装需在4W以上，而在热阻上需小于5K/W，以确保在高温下能维持散热能力，并保持光源输出效率在可用的范围内。
不同的应用层面，其总亮度需求也不同，以内部照明而言大约需要80lm，一般选用表面黏着型（Surface Mounted Technology，SMT）的封装，单体封装亮度约为2lm，效率可达15～20lm/W。而第三刹车灯大约需要30lm，一般选用炮弹型的封装结构，单体封装亮度约为4lm，效率可达20～40lm/W。而尾灯组对于亮度需求约为300～500lm，一般选用1W的SMT封装结构，单体封装亮度约为10～20lm，效率可达15～40lm/W。
以上都是已经应用于车体的光源，而目前LED厂商与汽车制造商正积极合作，试将LED导入前照系统（头灯、雾灯）中，对于汽车前照灯需求亮度约为2000lm的白光，LED厂商目前则采用高瓦数的SMT（表面黏着型）封装结构的LED，每单体封装可输出100～200lm，效率可达50～100lm/W。
2.汽车内部照明的解决方案
汽车内部照明灯种类较多，包括：一般照明用阅读灯（地图灯）、美容化妆灯、顶部轮廓线和门灯、手套箱灯、脚坑灯、门锁灯、进出入灯、镜子和门框底梁照明灯、仪表背反射指示灯以及头部上面的顶灯等。汽车内部照明要达到的目的是提供放松和友好的气氛，以减少驾驶员的疲劳，改善和提高舒适程度。汽车内部照明应当帮助驾驶员得到大量可读和清晰的信息。理想的汽车内部照明应当是预定程序化的，适合于白天和夜晚驾驶，同时适用于城市、农村和高速公路等各种不同的环境。
现在，绝大多数汽车内部照明光源采用的都是白炽灯，光源专家预计，汽车内部照明光源每年将以10%的速度被LED光源取代。由于LED为高度可控光源，可提供准直光，从而能大大降低所占空间，比起白炽灯来节省的空间超过50%，最小的LED灯具，其高度可小至8mm。
汽车内部LED照明发展较快，已经有了一些新的设计和产品。新的梅塞德斯-奔驰（Mercedes-Benz）S系列、BMW-7系列汽车LED内部照明系统就具有一系列特点，如光引导技术。海拉公司为此所研制的光引导技术产品已经是其第二代产品，沿着车门和跨过仪表板安装了6个LED光引导灯，使得内部各处的照明清晰可见。而且运用了所谓“虚拟速度表”（Virtualspeedometer），即使用一块大的液晶屏（Liquid Crystal Display，LCD）将各类信息和雷达遥控系统传来的数据显示在其上。奔驰最近所发明的这种雷达遥控系统，即所谓DACC系统，能够将驾驶车与前车控制在安全距离之外，而不至于发生追尾事件。此外，LCD还可以显示安装在前照灯中夜视仪辅助系统应用红外光源所拍摄到的图像。
为了满足汽车内部照明的需要，欧洲一些研制和生产LED灯具的公司对LED提出一些要求。如Nichia化学欧洲公司，他们要求自己所生产的LED灯具能够在-40～100℃温度范围内工作，而且在高达2kV电压下，也不产生静电放电。他们还生产了一种包含有25只白色LED灯具，夹在两块玻璃板之间形成夹层结构的组件，并从两边辐射光。这种组件采用无线供电，通过一透明导电轨给LED供电。德尔福公司将这种产品应用于车顶照明，比如将LED灯嵌入后，以形成星空状车顶，这种车顶照明也可以类似应用于前部和尾部照明中。
近来，在开发高效能低消耗LED灯具的过程中所取得的进展，使LED光源被许多汽车内部照明系统所使用。正是由于LED具有尺寸小、效率高的优点，使之适用于车内照明。LED需要恒流驱动，在调节LED工作电流时使用标准N型沟道耗尽型晶体管（JFET）比使用电阻可获得更好的效果。JFET可以被看做是一个压控电阻。通过简单地调节栅源极电压，使源极能够提供相对稳定的电流，以此作为串联LED的电流源。当漏极电压与未经调整的蓄电池连接时，便能提供一个相对稳定的电流，与标准电阻相比，使用JFET能提供更高的效率。
内部照明应用包括仪表盘和仪表盘背光、顶灯和地图灯、安装在车门上或车体上的开门灯以及背光。所有内部的照明应用都可以使用LED作为光源。地图灯和顶灯通常使用一个HB-LED，仪表盘和开门灯通常需要一个以上的LED串联实现。串行连接有利于避免不同LED的电流（对应颜色）失配。所有应用都需要一个集成了亮度调节功能的恒流源，而目前市场上已经出现了将所有功能集成在单个芯片的方案。
在背光照明和内部照明应用中，若需要调光控制，驱动器必须具有简单的调节输出电流（LED亮度）的方法。采用这种驱动器可以由PWM信号、DC电压或外部NMOS晶体管实现调光，产生的调光范围高达1000:1。
由于汽车上的电子系统对噪声敏感，尤其是导航系统、无线电路和AM收音机。为了最大限度地降低噪声干扰，LED驱动器应采用恒定频率开关拓扑。而且开关频率是可编程的，开关频率范围为200kHz～2MHz，以保持开关噪声在AM无线频段的主要频段之外。高开关频率还可以使用小电感器和陶瓷电容器，从而最大限度地缩小解决方案的尺寸并降低成本。
很多嵌入式大电流LED应用都是由单个大电流LED组成的，这些应用包括顶灯、地图灯、后备箱照明等内部照明及门槛灯或“水坑”灯等外部照明。视应用情况不同，有的可能用彩色LED作为仪表板背光照明或用白光LED作为一般照明。由于这些LED一般具有3～4V的正向电压，并由12～14V的汽车总线供电，所以需要降压变换器。大电流LED的典型正向电压和驱动电流见表1-6。
表1-6 大电流LED的典型正向电压和驱动电流(www.daowen.com)
在单个LED应用中，需要把汽车总线电压（标称12V）降低到更适合LED的电压，这个电压在2.68～4.88V之间，具体值要根据LED的颜色和亮度应用的要求而定。相反，诸如刹车灯等应用则需要多达8只串联的LED串，并需要驱动器输出21～39V的电压，这样就需要升压变换器。
应用于汽车中的LED驱动器的输入电压是不规则变化的，要在这种环境下产生恒定的LED亮度，这些驱动器必须为恒定电流源。内部检测电阻用来监视输出电流，以实现精确的稳流。驱动器应在35mA～1A的宽电流范围内保证高精度的恒流输出，从而实现较宽的调光范围。通常大电流LED驱动器采用电流控制模式，所以它们不直接调制电源开关的占空比，而是由反馈环路控制每个周期的开关峰值电流。与电压控制模式相比，电流控制模式可改善环路动态性能并实施逐周期限流。
3.汽车外部LED照明的解决方案
LED在汽车外部的应用也在不断发展，尾灯、制动灯、转向灯、倒车灯、高位制动灯等都已经应用LED光源，其中制动灯、尾灯和高位制动灯应用规模较大。除了目前应用较普遍的尾灯、高位制动灯等，将来转向灯、倒车灯也会大规模应用LED。2010年国内LED汽车灯具的市场规模超过10亿元，5年内可能会形成每年30亿元的产值。根据iSuppli在2009年发布的2010LED专题报告，预计到2013年全球约95%的新车将会在尾灯照明中采用LED光源。
在美国汽车市场上，2006年生产的Lexus1S车型的驻车灯、尾部灯，第一次使用由两只红色的LuxeonI-LED制造的灯具。2006年生产的捷豹XK汽车，也是第一次用了3只白色的LuxeonI-LED制造尾部雾灯。这些组合的LuxeonI-LED灯取代了原来的21W白炽灯。2006年生产的奥迪Q7型车的两边侧转向灯，也第一次用了一只高功率的黄色LED灯取代原来所用的低功率组合LED灯。在汽车外部用灯中，汽车底部照明工具灯也已经着手采用LED灯，颜色有红、蓝、绿、粉红以及白色等多种。
汽车外部照明系统对安全性提出了新的要求，需要更大的照明功率。汽车外部照明，如尾灯、指示灯或紧急事件报警灯（以及雾灯）必须确保在任何情况下都必须可靠工作，以避免严重的安全隐患。需要较高照明功率的场合，如泛光灯或雾灯，必须使用HB-LED。HB-LED需要较高的驱动电流，对此应采用能驱动大电流功率管的控制器，大电流功率管可以为HB-LED提供高达30A的电流。
迄今为止，LED在汽车中最为常见的应用是中央高位制动灯（Center High MountedS top Lamp，CHMSL）。目前，至少有70%的汽车都安装了LED型CHMSL。采用LED的优点包括更快达到设定亮度、更高的效率、更长的使用寿命以及很细小的红光LED阵列更易于设计和安装。LED在低于1ms的时间内就可达到设定亮度，从而使后面汽车的驾驶员能够更快地看到制动信号，这样，后方车辆的驾驶者识别制动灯的时间将大为缩短，从而降低了发生追尾碰撞事故的概率。相比之下，传统灯泡要用高达200ms的时间才能达到设定亮度。与白炽灯相比，LED灯的功耗可降低高达80%，从而降低了汽车的燃料消耗。其使用寿命超过汽车的寿命，因此无需更换。除了CHMSL，一些汽车（如奥迪A6）以及一些摩托车也都已经用LED取代白炽灯作为主制动灯。
目前，大多数汽车仍采用卤素前照灯提供远光和近光功能，但未来的趋势是使用氙灯和LED灯。尤其是可大幅降低前照灯耗电的LED应用将快速攀升，5年内30%的汽车将配备多功能的LED前照灯。LED照明提供了更时尚的选择，可实现“即时”照明，并允许从0～100%的功率进行亮度控制。现代汽车前照灯分为白天运行灯、信号灯和前照灯（晚上照亮的前照灯），对汽车前照灯的要求是：
1）前照灯的上缘距地面高度不大于1.2m，外缘距车外侧不大于0.4m。
2）汽车的前照灯应有远、近光变换装置，并且当远光变为近光时，所有远光应能同时熄灭。
3）四灯制前照灯并排安装时，装于外侧的一对应为远、近光双光束灯；装于内侧的一对应为远光单光束灯。
4）夜间远光灯亮时，应能照清前方100m远的道路；近光灯亮时，应能照清前方40m远的道路并不得眩目。
目前，绝大部分生产汽车前照灯的厂家，一般只在近光灯上搭配白光LED模块，而远光灯使用HID灯。斯坦利电气（Stanley）推出的汽车前照灯是与德国Hella联合开发的。该前照灯样品是将4个大型LED芯片封装成一个大功率白光LED模块，在近光灯上配备5个这种模块，远光灯上配备两个。近光灯点亮时的光束总计为700lm，据该公司公布的数据显示，在未来必须确保白光LED能达到HID刚上市时的亮度，每个白光LED模块发出140lm左右的光束。
日本小糸（Koito）制作所推出的汽车前照灯配备有11个白光LED模块，包括，近光灯6个，远光灯时则另加5个。近光灯点亮时的光束可达到800～1000lm。另外，也可根据行驶状态，对近光灯用的白光LED模块点亮进行控制。例如，在高速行驶时，中央部分的5个点亮，减小前照灯发出的光束照射范围，使光线到达远方。在市区行驶时，中央部分的上边3个与中央部两侧配备的1个近光灯用白色LED模块点亮，扩大前照灯光线照射角度。这种前照灯还具有AFS功能，为了在弯道行驶时灯光照射角度转向汽车转弯方向，前照灯中央部是活动的。
欧司朗（Osram）也推出名为OSTAR的白光LED汽车前照灯模块，其结构是将4个1mm大型LED芯片整合封装后，使每个模块的光束高达300lm。另外，欧司朗也使用OSTAR研发的驱动白光LED模块的IC，该IC具有65%的光能转换效率，而在散热方面，在LED的光源背面搭配上散热片，以提高光源冷却效率。
（1）汽车卤素前照灯
汽车卤素前照灯如图1-11所示，卤素前照灯灯泡内的惰性气体中掺有某种卤族元素气体。卤素灯泡尺寸较小，壳体用耐高温、机械强度较高的石英玻璃和硬玻璃制成，充入压力较高的惰性气体，掺入的卤素一般为碘或溴。因工作温度高，灯内工作气压比其他灯泡高得多，利用卤钨再循环原理，使钨的蒸发受到了有效的限制。
图1-11 汽车卤素前照灯
在相同功率情况下，卤素灯的亮度是白炽灯的1.5倍，而寿命是白炽灯的2～3倍。卤素灯泡从外形上分H1、H2、H3、H44种，其中H4双灯丝灯泡广泛用于汽车前照灯，H1、H2、H3灯泡为单灯丝灯泡，常用作辅助前照灯（如雾灯和探照前灯）。
（2）汽车氙气前照灯
汽车氙气前照灯如图1-12所示，汽车氙气前照灯的全称是HID（HighIntensityDischarge-Lamp，高强度放电式气体灯），它利用配套电子镇流器，将汽车蓄电池的12V电压瞬间提升为23kV以上的触发电压，将氙气前照灯中的氙气电离形成电弧放电并使之稳定发光。氙气灯是一种含有氙气的新型光源，氙气灯打破了爱迪生发明的钨丝发光原理，在石英灯管内填充高压惰性气体（氙气），取代传统的灯丝，在两段电极上有水银和碳素化合物，通过电子镇流器以23000V高压电流刺激氙气发光，在两极间形成完美的白色电弧，发出的光接近非常完美的太阳光。与普通灯泡相比，氙气灯有两个显著的优点：一是氙气灯拥有比普通卤素灯高3倍的光照强度，耗能却仅为其2/3；二是氙气灯采用与日光近乎相同的光色，为驾驶者创造出更佳的视觉条件。氙气灯使光照范围更广，光照强度更大，大大地改善了驾驶的安全性和舒适性。
图1-12 汽车氙气前照灯
卤素灯与普通灯泡一样有灯丝，而氙气灯则是没有灯丝，这是氙气灯与传统灯最重要的区别。氙气灯是利用两电极之间放电产生的电弧来发光的，如同电焊中产生的电弧的亮光。高压脉冲电加在完全密闭的微型石英灯泡（管）内的金属电极之间，激励灯泡内的物质（氙气、少量的水银蒸气、金属卤化物）在电弧中电离产生光亮。这种光亮的色温与太阳光相似，但含较多的绿色与蓝色成分，因此呈现蓝白色光。这种蓝白色光大幅提高了道路标志和指示牌的亮度。氙气灯发射的光通量是卤素灯的两倍以上，同时电能转化效率也比卤素灯提高了70%，所以氙气灯具有比较高的能量密度和光照强度，而工作电流仅为卤素灯的一半。车灯亮度的提高也有效地扩大了车前方的视觉范围，从而营造出更为安全的驾驶条件。
汽车氙气灯的发光原理是利用正负电刺激氙气与稀有金属发生化学反应而发光，因此灯管内有一颗小小的玻璃球，这其中就灌满了氙气及少许稀有金属，只要用电流去刺激它们进行化学反应，两者就会发出高达4000～12000K色温的光。它采用的电子镇流器启动0.8s时的亮度是额定亮度的20%，达到卤素灯的亮度，并使前照灯在4s以内达到额定亮度的80%以上。在灯稳定后电子镇流器向氙气灯提供约85V供电电压来保持氙气灯以恒定功率工作。
图1-13 LexusLS600h汽车LED前照灯
（3）汽车LED前照灯
图1-13所示为近期投产的LexusLS600h汽车LED前照灯，汽车LED前照灯包含5种专为所有照明要求而最佳化的光束，这些光束包括近光、远光、弯道光、昼间行驶灯和方向灯，全由LED来提供。标准光束一般需要35～50W的功率，因LED提供的光通量是卤素灯的10倍，因此50WLED的光输出相当于500W卤素灯。远光所需的功率与标准光束相同或稍高，而弯道光、昼间行驶灯和转向灯需要较少的功率。这些光束均可利用单个HB-LED驱动器驱动，由于电能消耗可能超过200W，因此需采用高效率LED驱动器。
LED前照灯作为一种新生事物，市场上反应一直是褒贬不一，但是LED应用于汽车前照灯已被越来越多的汽车生产商和车灯生产商所重视。其主要原因还是在于其相对其他光源具有节能和寿命长的优点。在当今环保和节能减排的社会环境下，LED具有极其广泛的发展前景。LED光源与环保低耗永远是紧密联系在一起的，LED技术在汽车照明系统中应用可降低CO2排放并使燃油消耗降低。
LED相对于传统光源除了外形不同外，效能输出与光型输出亦大不相同，应用于前照灯时将面临光学设计与散热设计等不同于传统灯具的设计概念。然而，也因其不同于传统光源的特性，当与车体成功整合克服技术难题后，将为车型开创崭新的设计概念。
开始着手设计前照灯之前，应先考虑法规上的相关规定，包括光型亮度、环境测试、亮度衰减等需求，进一步考虑相关光学设计、机构设计、耐热设计与电控设计等细节。对于LED而言，光学设计的考虑除了反射罩设计之外，尚需考虑LED本身的出光光型，不同的封装形态将产生不同的光型输出，进一步将影响反射罩或成像透镜的要求，与传统前照灯设计需考虑的不同。在传统的前照灯设计上，光源发出的光来自于加热的钨丝，不会因自身发出的热或来自汽车引擎室的高温而影响亮度输出，散热重点落在整个前照灯腔体的均温设计而非光源的散热，因此在前照灯材料的选择上则需考虑是否可承受来自光源的高温（前照灯腔体约承受100℃的温度，雾灯腔内温度可高至300℃），所以在此选用的材料一般都以耐热材为主。然而对于LED光源而言，其发光来自于PN结的能阶跃迁，与温度呈现负相关，温度越高则光源输出越弱，因此散热成为LED作为光源设计的重要课题。
一套LED前照灯系统需要多个LED光源，因为单个LED不能提供足够的光通量。卤钨灯和HID光源发出的光线会射向除基底外的各个方向，而大功率LED发出的光线因受到结构的限制，只会向半个球的方向发射。这就使得使用LED的前照灯的光学系统与常规的前照灯系统不同。但是这两种前照灯系统对其出射光的要求是一样的，因此基本上可以使用通常的方法设计使用LED的前照灯系统。
比光学特性更重要的是，由于LED光源的低发热，LED前照灯系统中与光源相连接的部分可以使用塑料材料，这为设计者的配置设计提供了更大的自由性。同时设计者可以使用塑料导光管，这一点对目前前照灯系统来说是难以实现的。因此，当设计LED前照灯光学系统时，设计者将有更大的选择空间，不但可以采用传统的自由构造的反射器件和投射器件，同时可以使用塑料导光管，这就让设计者能根据不同的条件使用不同的方法以达到美观性的要求，从而能使汽车前部外形轮廓更趋于合理。
因为LED光源和光学系统做得更小，光学元件的相对位置就要求更加精确。以直接投射光学系统为例，LED前照灯系统包含了大量的光源，对于宽光束分布的远光束系统，透镜和LED相对位置的影响不会成为问题。而近光束有非常尖锐的截止面，为了达到各个LED单元发光光轴方向的一致性，前照灯系统的各个组成之间的相对位置就要求非常精确。这种精确的精度要求远远高于通常汽车前照灯的精度，因此LED前照灯系统的制造工艺正期待着创新性的突破。
前照灯的尺寸、光源的亮度在汽车前照灯系统中显得格外重要，因为近光束灯要求达到2000～30000cd的光强度，而远光束灯至少要求达到50000cd的光强度。光源在一个给定方向的光强度取决于光源的发光部分在该方向的亮度，换句话说，取决于光源中许多的小发光体的亮度总和。此小发光体就是组成光源的众多LED，LED的亮度需要考虑到光线在各个光学部件的反射和传输中的衰减。在一个典型的前照灯系统中，光在各个光学元件包括外透镜在内总的衰减大约是25%～40%。根据物理学的观点来看，光学元件不可能放大光源的亮度，因而对光源的亮度的要求就决定了前照灯表面面积的下限。这里的表面面积是指从前方看过来的发光面积。而设计一个实际的前照灯，为了形成漫射光线及考虑系统其他元件的性能，这个面积的数值要变成原来的2～3倍。目前，使用的LED的最大亮度为4cd/mm2，这显然是不够的。考虑到汽车前照灯的实际尺寸，对近光束，LED的亮度至少要提高到目前的两倍，而远光束就要求提高到3倍。
为了证明LED前照灯系统的可行性，制造了能产生近光的带反射器的灯具样品，它的光分布符合美国的标准。36lm的光通量和1600cd的最大光强度可以通过使用两个LED配合一个38mm×94mm的反射镜得到，其应用的每个LED的功率为1W，亮度为4cd/mm2，光通量为30lm，芯片的尺寸为1mm×1mm。为了使系统的最大光强度超过20000cd，需要使用13个这样的单元。每个单元的反射面的投影面积为35172cm2，因而13个单元的总投射面积为464136cm2。拥有这样一个投射面积的头灯系统就太过庞大而不可能在实际中应用。为了制造一个实用的样品，LED的亮度至少要增加2倍。
3600cd的最大光强度是使用1个LED配合一个半径为30mm的半圆形反光镜得到，其应用的每个LED得功率为5W，亮度大约为4cd/mm2，光通量为95lm，芯片的尺寸为2mm×2mm。为了使其最大亮度超过50000cd，需要使用14个这样的单元，每个单元的反射面的投影面积为28126cm2，因而14个单元的总投射面积为395164cm2。拥有这样一个投射面积的前照灯系统就太过庞大而无法在实际中应用。为了制造一个实用的样品，LED的亮度至少要增加3倍。LED的最大工作温度和热处理在LED的所有工作条件下，作为发光同时也是发热的部件—PN结的温度（Tj）不能超过最大额定值（Tjmax）。目前，Tjmax大约是120℃，通过下面的计算可以看到，无法通过自然风冷而达到这一要求。估计了LED的PN结的温度，需从而从热学观点来评定LED前照灯系统的可行性。
单个LED输入功率：PLED=2W；总的LED消耗功率：PLAMP=24W（2W×12单元）；LED的热阻：Rthj-hs=15℃/W；散热器热阻：Rthhs-a=115℃/W（散热器使用铝和黑色明矾石制成，体积为400cm3，为了实现灯的自然风冷，以鱼鳍状延伸到灯的外部）；周边温度：70℃（灯后方的散热片周围的周边温度）；简化计算模型用以得到整个平衡的计算结果：
周边温度：Ta=70℃
散热器的温升为
dThs=PLAMPRthhs-a=36℃
LED芯片的温升为
dTj=PLEDRthj-hs=30℃
由此可得到LED芯片PN结的温度为
Tj=Ta+dThs+dTj=70+36+30=136℃
在这种条件下Tj超过了120℃，因此必须使用强制冷却。未来的LED头灯系统的光源全部采用LED，能产生远光束和近光束，并能改变灯的倾角。通过使空气进入灯前的开口而实现冷却。LED头灯的近光束能产生19000cd的光强度和500lm的光通量输出，这对卤钨灯前照灯系统来说是一个非常有竞争力的数值。因为采用的是还不成熟的LED产品，它并没有达到最佳的效果，但它足以证明LED作为汽车前照灯的潜力。随着LED性能的优化，LED前照灯系统在光分布方面也一定不会比现有的前照灯系统差。
采用LED光源的汽车前照灯与现有的钨丝卤素灯和HID灯比较，每只灯的输出功率还相当的低，最好的HB-LED只是钨丝灯的20%，是HID的10%。目前，解决的办法是在一个汽车前照灯中使用多只HB-LED。有关交通法规要求汽车前照灯在路上投射的光亮度应当达到300lm，因此至少需要9只HB-LED。HID灯能投射的光亮度为1000lm，所以HB-LED要和HID前照灯竞争。目前，至少要用30只HB-LED。这就是为什么目前所提出的LED前照灯设计都采用所谓HB-LED模组的缘故。
采用HB-LED模组的汽车前照灯设计虽然可以解决光亮度方面的问题，但是它所射出来的白颜色要求均匀一致仍然是个难题，因为每只HB-LED发出的白光并非完全相等的，这样就会得到不均匀的颜色。这是目前需要解决的问题之一。
汽车白天运行灯要求最低亮度为30lm，即只是前照灯的1/10，因此只用少数几只HB-LED就可以。2004年，海拉公司首先在奥迪A86.0L高档豪华车中使用了5只1W的LED组装成球状白天运行灯。2006年奥迪A6型的车也使用同样型号的LED来制造汽车白天运行灯。预计未来的数年内，其他的汽车也将逐步使用LED汽车白天运行灯和雾灯。
LED应用于汽车前照灯有两种方式，一是采用HID-LED混合方式，信号灯和白天运行灯用LED，而前照灯仍然用HID灯。目前，HID-LED混合方式已经被采用。在2011年后汽车前照灯才会全部采用HB-LED方式。
目前，汽车前照灯的远近光灯主要使用卤素与氙气光源等单光源系统，这大大限制了汽车灯具的造型。但随着大功率LED技术的发展，LED作为远近光灯的光源成为可能。与此同时，LED可采用多光源组合形式，这将完全改变汽车前照灯的形状和布置方式。过去用卤素灯或氙气灯光源无法实现的概念车造型，使用LED光源能得以完美的实现。例如，LED光源可以使用多颗光源排列，多只反射镜或透镜进行光学设计，让灯具更加紧凑。设计中可以使用两只LED组合成近光灯，也可以用更多的LED模块来组合出近光灯，而这些模块可以完全的服从造型设计的要求。
未来汽车前照灯在开发演进的过程中，LED光源必须符合先进汽车照明设计，LED前照灯的造型、体积与效率如何实现最佳化的设计，将会是未来LED前照灯设计上寻求突破的主要工作。虽然目前距离白光LED前照灯商品化仍有距离，可是国外车灯大厂仍不断推出新型的LED前照灯，因此，开发白光LED前照灯，结合HB-LED技术性的发展，才能在最快的时间内推出商品化的汽车LED前照灯产品。
（4）汽车LED前照灯的优势
汽车LED前照灯在历经近年来的技术验证、概念车展示等开发阶段之后，终于迎来了有望应用于量产车的入市前景，其标志性事件有3个：丰田的凌志LS600h是世界上首个采用LED前照光源的上市车，不过它只在近光灯上应用了LED，远程光源仍为卤素灯；奥迪R8以全LED前照灯为其主要特色，而汽车照明采用的LED是由Lumileds和Osram公司提供；凯迪拉克EscaladePlatinum白金版多功能运动车是首款采用LED前照灯的多功能运动车。
安森美半导体的NCV78663单芯片智能前照灯LED驱动器支持远光灯、近光灯、日间行驶灯、位置灯、转向灯及雾灯的单模块控制，借助集成的数字调光、可编程串行外设接口（SPI）设置及内置诊断功能，NCV78663为前照灯控制提供了一个集成而全面的高能效解决方案，NCV78663单芯片智能前照灯LED驱动器如图1-14所示。
图1-14 NCV78663单芯片智能前照灯LED驱动器
NCV78663采用降压/升压拓扑结构，只使用少量外部组件即可实现LED电流调节、恒定均流、高效集成降压开关（高边）以及高达2A的电流；其扩展的诊断功能包括：检测开路或无法驱动（failingdriver）、短路、过电流保护和单只LED故障等。此外，该器件还具备热保护、通过SPI接口/或OTP设置进行系统定制、用一个器件完成多项系统配置、无需额外滤波的EMC性能。使用NCV78663可以减少外部组件数量，总能效高于90%。
OSTAR汽车LED前照灯经由欧司朗光电半导体打造出一套简化的光学系统。高功率LED现已配备了1～4个或5个芯片，绑定的玻璃覆盖不但可以保护芯片，还可以防止散射损失。具有不同的照明参数和发光角度，可用于所有的汽车前照灯设计。
OSRAM汽车LED前照灯采用的1mm2的LED芯片上实现155lm的亮度，在350mA下效率是136lm/W，甚至在1.4A能产生500lm的亮度，色温在5500K左右，这样的光线使得驾驶者不会因刺眼的光线而使眼睛疲劳。OSTAR汽车LED前照灯可以达到125lm/700mA（单芯片）～1000lm/1A（5个芯片）。在保证亮度下5个芯片的热阻大约是3K/W。
LED正越来越多地用于汽车前照灯及其他前视照明系统，典型的汽车前照灯应用可能使用多种方式排列的10只白色LED。对于各LED最大VF为4V的情况，如果设计中希望使用在一个灯组中串联全部LED的拓扑结构，在这种情况下，可以对标称DV12～14V电源总线采用单个升压式LED驱动器。
（5）适应性汽车前方照明系统
随着科学技术的发展，全世界汽车工业的研发部门都在努力开发智能化的辅助驾驶系统，以减轻驾驶员的负担，并进一步提高汽车行驶的安全性和舒适度。在汽车照明方面，人们也在开发智能的汽车照明系统。智能化的汽车照明系统又称适应性照明系统（Adaptive Lighting Systems），它包括自适应前照灯系统（Adaptive Frontlighting Systems，AFS）、改进的信号照明和车内照明控制三部分。其中，最重要的是AFS，AFS是EUREKA的1403号项目，欧洲的汽车公司、车灯公司和光源公司共同承担了这个项目，美国和日本的一些公司也参与了此项目。AFS具有弯道照明（BendingLight，BL）、高速公路照明（MotorwayLight，ML）、乡间照明（CountryLight，CL）、城镇照明（TownLight，TL）和恶劣天气照明（AdverseWeatherLight，AL）等功能。在城区驾驶时路面情况复杂，因而光形较宽，又由于车速不快，因而照射的距离不要很远。在高速公路，车速快，因而ML光束照射得远。在弯道处，BL应该给弯道以良好的照明。
要实现AFS的各种功能，需要有可靠的信息采集系统。比较经济的信息采集系统主要依靠各种传感器。例如，速度传感器、方向盘角度传感器、车身倾斜度传感器以及降水量信息和照明器件状态传感器等。此外，全球定位系统GPS/数字地图和照相机成像处理系统也开始试验用于信息采集。根据采集来的信息，AFS给驱动器发出指令，将照明系统调节到所需要的状态。
以弯道照明（BL）为例，车前方道路的曲率半径是关键的信息。比较简单而经济的确定车前方路面弯曲情况的方法是采用速度传感器、方向盘角度传感器。从两边车轮速度的差异也可以得到有关的信息。由于BL比较容易实现，因而有望首先得到应用。
到目前为止，ML、CL和TL状态的确定主要还是根据汽车的平均速度的信息。当然GPS和数字地图的结合也是很好的手段。至于对恶劣天气照明（AL），降雨传感器可以检测到降落在汽车挡风玻璃上的雨滴，表明驾驶员可见度降低，而将AFS车灯照明转到AL状态。但是对雾天的情况实现AL比较困难，只有真实的视见度传感器才能检测得到。一个可行的方法是照相成像处理系统，它能测量出由于可见度的减少而造成的对比度的减少。
AFS已成为未来智能型白光LED车灯照明的发展趋势，目前各国车灯制造厂商也对此照明系统大力投入研究开发。适路性汽车LED前照灯可视不同路况，包括：一般路面、都市路面、高速路面、湿路路面进行光线调整，其中的光线变化则可利用白光LED光形迭加的概念，点亮不同的LED单元模块，以达到不同光线的设置，而不是利用传统车灯以驱动电动机原理来达到适路性照明功能。
在20世纪90年代初期，由于以下两大领域的新科技运用，使得车辆前方照明系统得以朝提升驾驶视野及改进其视觉舒适度和安全性两方面进一步发展。其中，以白光LED作为主要光源，以先进传感器及车用电子相结合可使白光LED前照灯设计更为贴近汽车产业应用，并提供汽车前照灯特殊照明。因此，适路性汽车前照系统在发展一段时间后，欧洲在法规方面对适路性前方照明系统也订制出了一些规则，提出适路前方照系统包含3大元素，位于车辆两侧的照明组件、系统控制与供应及操作装置。
在进行模组式白光LED前照灯设计前，只具单一功能的白光LED模块设计必须先行纳入考虑，主要是因为白光LED前照灯功能要求符合AFS可变光形的分布情况，因此必须由数个不同反射镜模块进行组合，才能达到此项设计要求。另一方面，在前照灯的反射镜设计基础上，采用3种光形的反射镜来达成LED前照灯的近光灯基本光形设计，另外再加上远光光形的反射镜，使光形分布可依照前照灯模块不同的需求，再由反射镜加上遮片后排列组合而成。
在分析设计完成最佳化LED投射式单元后，开始进行智能型LED前照灯雏形的系统功能设计，依照AFS规范要求，在雏形设计时，必须以4种不同光形的近光灯光形及一个远光灯光形来达成适路性的光线需求。
根据汽车制造业的习惯来看，传统的车灯设计是利用几何光学的光路追迹法设计而成，并不会将物理光学理论中的干涉衍射及色散对光能量的影响纳入考虑，因此前照灯所采用的白光LED的发光强度与通过该点的光线数目成正比，且不受光程影响。另外，线光源能量也要达到分布均匀，功率密度也必须与总功率与照射距离成正比。
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