近年來LED在很多產品應用上正逐步取代傳統的白熾光源，由於具備非常優異的節能效率，因此LED已被視為照明技術未來的發展重點。根據調查數據顯示，高亮度LED市場的營業額預計將會從2006年的66億美元快速增加到2011年的106億美元，平均年成長率達到10.6%。從能源需求的角度來看，高亮度LED的功耗比傳統燈泡低，所以工作壽命更長，而且LED也比傳統光源更環保。
LED在汽車電子的應用有數十年的歷史，在過往LED主要使用在汽車儀表板上警示燈號或是類似的應用。隨著高亮度LED技術的發展，不僅使這些光源能夠擴大到汽車的內部照明，而且還包括方向燈、尾燈及煞車燈。最新的發展趨勢則是利用高亮度白光LED作為汽車的日間行車頭燈並提供遠光燈和近光燈功能。由於LED具備省電，維修需求低及更高的設計靈活性等特色，預計大多數的汽車製造商將會轉而使用LED技術來提供各項頭燈功能。
直至今日，超高亮度LED的效率還無法與HID鹵素燈技術相抗衡。不過LED技術的流明/瓦(lumens/Watt)效率將可望在未來幾年內獲得突破，成為比HID鹵素燈擁有更高效率的照明技術。與HID汽車頭燈比較，今日的LED不僅更可靠，而且體積更小(幾乎可以使用在汽車內任何一處)，而且其技術也比HID簡單的多。另外，我們相信在不久的將來，LED頭燈在成本方面將低於HID頭燈系統成為最具經濟效益的選擇。
LED頭燈系統的需求
為了產生頭燈所需的足夠光度，必須使用多個LED燈。這些LED可以被安排成單一燈串或者是以3至15個為一組的多條燈串。基於安全考量，LED驅動器的輸出電壓最好是限制在60V以下，而LED驅動器的輸入電壓範圍最少應為8V至16V。可是通常需要更大的輸入電壓範圍以便在引擎發動或者負載突降期間提供頭燈功能，至於需要多涵蓋多少的輸入電壓則取決於汽車製造商，一般而言為4V至24V，更高的甚至36V。
可使用的拓樸技術：升壓、降壓/升壓及SEPIC
圖1的簡化電路圖，分別表示出頭燈常用的三種LED驅動拓樸。
圖1中最上方為升壓拓樸電路，這是最簡單也是效率最高的配置方式，但缺點是不能為輸出電路提供完全的短路保護，而且其輸出電壓必須高於輸入電壓。這方面需依據LED的排列而定，因此有可能構成應用上的限制。
圖1中間為SEPIC拓樸電路。這種方法可以提供短路保護及寬廣的輸入和輸出電壓範圍，而且輸出電壓可高於或低於輸入電壓。但是與升壓及降壓/升壓拓樸相比，SEPIC拓樸的主要缺點在於這種拓樸對於功率元件的要求更高。
圖1最下方的降壓/升壓浮動拓樸，它是建立在一個標準的低端升壓控制器，可以將負載的能量送回到輸入電路。這種拓樸在電壓穩壓器上的應用很有限，但是在LED驅動上卻是一個很實用的設計。在這種特殊的配置中，一個高端電流感測放大器負責感測LED的電流。如同傳統的降壓/升壓拓樸，電感器電流相當於LED電流除以(1-工作週期)。可是這種配置遇上接地短路時，並不能為輸出電路提供完全的短路保護。
典型的設計實例
直到現在還無法確定那種功率轉換拓樸最適合汽車LED頭燈應用，因此美國國國家半導體最近推出了一款能適用於所有拓樸的高功率LED控制器LM3421。該控制器適合穩定電流升壓、SEPIC、降壓/升壓及返馳式拓樸，而且還提供了各種不同拓樸的參考設計。圖2中的LM3421低端控制器就是穩定電流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他低端功率控制器，但LM3421的主要特色在於專為高亮度LED應用而設計，並且可以分別為數位調光或類比調光提供快速的數位調光功能及準確的高端電流感測。配合高端電流感測，LED驅動器在驅動器與LED之間只需使用一條接線。至於接地迴路方面，並不一定需要路由回LED驅動器而是可以透過車體本身進行。高開關頻率讓設計人員可以使用更小型的外部功率級元件，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。
LM3421解決方案的最大優點來自其「預測性關閉時間」控制模式。與傳統的PWM電流模式控制比較，這種模式擁有不少優點。例如在沒有定時的條件下，預測性關閉時間控制在任何工作週期下都不會出現電流模式不穩定的現象，同時它還可允許無法在定時電流模式系統中(尤其是升壓拓樸)實現的工作週期及電壓轉換率。此外，這種控制也無需進行斜率補償。對於那些要求更多功能的應用來說，美國國家半導體特別開發出LM3423。該控制器擁有一系列的額外功能，包括LED輸出狀態標記、故障標記、可程式的故障計時器，以及可選擇調光輸出驅動器極性的邏輯輸入。
LED車頭燈應用已整裝待發
一家德國汽車製造商於2008年夏季推出了全世界首輛全部採用LED頭燈的汽車，其後雖有不少汽車製造商紛紛積極研發並準備生產，可是到目前仍有一些障礙使得LED頭燈未能真正普及，包括光度輸出能力、高亮度LED的效率及最佳化驅動電路的發展。不過，無論是在光度或是效率方面，現在高亮度LED的發展正快速進步中，加上如LM3421優秀的功率轉換電路，使得在驅動LED方面獲得很大的改進而且更容易地實現。配合這些發展，相信LED頭燈將會愈來愈盛行，並在市場中屹立不搖。
