高亮度led在汽車照明應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題

                                              時(shí)間：2011-1-14 下午 05:35:53 作者： 來(lái)源： 　

　采用高亮度led 照明將成為未來(lái)汽車的主要特征,這歸功于led 相對(duì)于傳統(tǒng)的白熾光照明方案所具有的許多基本優(yōu)勢(shì)。此外,采用led照明 也可帶動(dòng)汽車設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)風(fēng)格上的變化。然而,正像任何創(chuàng)新技術(shù)一樣,led在被廣泛用于汽車照明之前,仍需要克服許多困難。 　　關(guān)鍵特性 　　1. 可靠性與使用壽命 　　led的預(yù)期使用壽命為5萬(wàn)個(gè)小時(shí),而鹵鎢燈為2萬(wàn)個(gè)小時(shí),鎢白熾燈為3千個(gè)小時(shí)。相對(duì)于白熾燈,led的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,不容易受振動(dòng)影響,使用過(guò)程中光輸出亮度 也不會(huì)明顯下降?；诙鄠€(gè)led的照明方案還具備“冗余度”好處,即使一個(gè)led出現(xiàn)故障,仍可以繼續(xù)使用照明裝置。正確使用led(特別是正確控制led的溫度),可有效延長(zhǎng)led的預(yù)期壽命。相反,如果溫度過(guò)高,led很容易損壞。led應(yīng)用在汽車照明上還牽涉許多法律定義問(wèn)題。大多數(shù)國(guó)家對(duì)剎車燈或頭燈故障——燈亮或熄滅有明確定義。但對(duì)采用多個(gè)led的燈,很難準(zhǔn)確定義照明燈是否已經(jīng)損壞。制造商與立法機(jī)構(gòu)正在定義led的使用方法。 　　2. 效率/每瓦流明 　　與標(biāo)準(zhǔn)的白熾燈相比,led消耗每單位電能 可以產(chǎn)生更多的光輸出。但與鹵素?zé)粝啾葧r(shí),led的實(shí)際光輸出的優(yōu)勢(shì)并不明顯。Zui新的led具備出色的流明每瓦數(shù)值,但某些數(shù)值是在優(yōu)化條件下取得的,而通常不是在Zui高輸出條件下獲得的。一般而言,當(dāng)led的電流增加時(shí),光輸出量并未呈線性增加。因此,即使led在0.5a電流下輸出x流明,它在1.0a電流下也不會(huì)輸出2x流明。 　　3. 響應(yīng)速度 　　以剎車燈和方向指示燈管為例,假設(shè)車輛時(shí)速為125公里/小時(shí),即35米/秒時(shí),白熾燈的熱啟動(dòng)時(shí)間約為250毫秒,而反應(yīng)迅速的led可提早約8米距離發(fā)出剎車警告,從而有效避免汽車相撞。指示燈也是如此。 　　4. 方向性 　　另一個(gè)關(guān)鍵特性是led的發(fā)光方式。與白熾燈不同,led只透過(guò)一個(gè)表面發(fā)光,這對(duì)頭燈與航圖燈應(yīng)用有好處,但可能不適合車廂照明燈其它照明應(yīng)用(圖1)。 　　控制led的方法 　　1. 電流控制 　　led的一個(gè)基本問(wèn)題是,led是由電流控制的器件,其電壓降相對(duì)較低。Zui簡(jiǎn)單的方法是使用電阻限制led的電流,但該方法并不適合采用額定電壓為12v或24v電池的系統(tǒng),因?yàn)殡姵氐膶?shí)際電壓是從6v至18v或12v至36v。因此,如果需要保持亮度,就必須進(jìn)行恒流控制。 　　2. 電流的線性控制 　　線性控制指通過(guò)線性調(diào)節(jié)器保持通過(guò)led的電流為常數(shù)。線性控制在某些情況下效率很低,例如,正向電壓為3.5v的單1a(3w)led,需要調(diào)節(jié)器在保持1a電流的同時(shí)將的額定12v電源 降至8.5v,這樣使用3w led將浪費(fèi)8.5w的功率 。線性電流控制是產(chǎn)生噪聲Zui少的技術(shù),而且從emc 角度看,線性電流控制Zui安全。 　　3. 開(kāi)關(guān) 式調(diào)節(jié)器 　　電感 式開(kāi)關(guān)恒流技術(shù)雖然產(chǎn)生的電子噪聲較多,但它的效率更高。根據(jù)led的使用數(shù)量,可以采用降壓或降/升壓調(diào)節(jié)器。 　　4. emc問(wèn)題 　　必須盡量減少輻射與傳導(dǎo)噪聲,將噪聲控制在容許極限內(nèi)。雖然pwm 方法的頻率固定,且相對(duì)較容易進(jìn)行濾波,但由于led負(fù)載較為穩(wěn)定,如果采取適當(dāng)措施,磁滯控制器 及pfm是合適的選擇。開(kāi)關(guān)式調(diào)節(jié)器的發(fā)展趨勢(shì)是頻率將更高,以減少電感/電容的體積。這對(duì)汽車應(yīng)用而言,這總是的解決方案。將頻率保持在較低的水平有助于避免干擾問(wèn)題。 　　基頻的“抖動(dòng)”或“擴(kuò)展”技術(shù)確實(shí)有助于符合類似峰值emc測(cè)試 要求,但的方法是不產(chǎn)生任何輻射,而任何開(kāi)關(guān)式調(diào)節(jié)器均難以實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。 　　輻射熱、傳導(dǎo)熱與熱管理 　　使用高亮度led的用戶(特別是汽車制造業(yè))要面臨的關(guān)鍵問(wèn)題與Zui大挑戰(zhàn)之一,是led的自熱問(wèn)題。led的每瓦流明已取得了很大改進(jìn),但事實(shí)上led的多數(shù)電能均轉(zhuǎn)化成傳導(dǎo)熱。led能產(chǎn)生的適合車廂照明的輻射熱較少,但在寒冷氣候中,頭燈的輻射熱卻能有效地融化透鏡 上的雪。因此,熱管理是可靠控制led的關(guān)鍵。 　　熱管理主要指溫度增加時(shí)減少電流。使用高亮度led的優(yōu)點(diǎn)是電流變化較大時(shí),眼睛無(wú)法察覺(jué)到亮度變化。一般而言,電流下降25%,單個(gè)led的亮度變化并不明顯。 　　但是,led會(huì)隨溫度與電流的變化而改變顏色,這點(diǎn)是否會(huì)影響汽車照明應(yīng)用仍有待探討。led的頻譜是否適用于照明,在一般夜視效果下是否會(huì)影響駕駛者的距離感,這些問(wèn)題可能更加重要。 　　采用pwm方法來(lái)減低亮度比,而非直流電控制,可得到更大的光暗比例,且色溫 不會(huì)發(fā)生變化,因此用pwm方法減低亮度是較好的方法。但是,頻率的選擇也很重要。一般認(rèn)為頻率為200hz比較好,因?yàn)槿搜鄄粫?huì)感覺(jué)200hz光的閃爍,此外較低的頻率可確保處于低于開(kāi)關(guān)式調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)換頻率。但是,必須預(yù)見(jiàn)到頭燈存在頻閃效應(yīng)的潛在問(wèn)題。一種較為合適的方法是使用更高頻率來(lái)調(diào)節(jié)led的亮度,從而避免“偏擺”效應(yīng)。此外,必須謹(jǐn)慎選擇電感器,避免汽車內(nèi)產(chǎn)生可聽(tīng)到的噪聲。 　　led的溫度傳感也是需要解決的問(wèn)題。熱敏電阻器是廣泛使用的方法,但使用熱敏電阻器必須十分小心,溫度控制響應(yīng)應(yīng)設(shè)定為led需要減少的電流所對(duì)應(yīng)的溫度上限。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí),簡(jiǎn)單的溫度控制可導(dǎo)致led的電流增加。圖2給出了led對(duì)環(huán)境溫度的典型響應(yīng)要求。 　　led的應(yīng)用范圍 　　在汽車應(yīng)用中,led主要被用來(lái)外部與內(nèi)部照明。外部照明設(shè)備涉及熱極限與emc問(wèn)題,同時(shí)還有卸載負(fù)載測(cè)試的許多復(fù)雜標(biāo)準(zhǔn),例如,電壓是40v、60v、80v,還是100v led的驅(qū)動(dòng) 電路必須符合汽車emc規(guī)格的嚴(yán)格要求。對(duì)于通過(guò)高效、電感開(kāi)關(guān)式調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)的led,符合上述要求有一定難度,所有預(yù)防措施將增加總體方案的成本。在外部照明應(yīng)用領(lǐng)域,頭燈、霧燈及指示燈是目標(biāo)應(yīng)用。 　　由于led所具備的優(yōu)點(diǎn),可廣泛使用led來(lái)營(yíng)造車內(nèi)舒適環(huán)境,比如儀表類照明燈、踏板照明燈、航圖燈、后霧燈、汽車后剎車與指示燈,而用于顯示 汽車“娛樂(lè)信息”的平板顯示 屏的混色背光照明及氣氛照明將進(jìn)一步增加led的應(yīng)用。 　　zetex的led產(chǎn)品 　　用于簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)led負(fù)載的bsp75器件,是具備esd 保護(hù)、過(guò)熱、負(fù)載驟降、過(guò)電流與過(guò)電壓保護(hù)的可靠的fet,適用于對(duì)電流高至1.2a的led進(jìn)行開(kāi)關(guān)。 　　如果需要同時(shí)監(jiān)控電流(如顯示剎車led燈 簇的故障),zetex的電流監(jiān)測(cè)器zxct1081能適應(yīng)60v電壓瞬變和125℃工作溫度。針對(duì)汽車led控制 ,zetex提供一系列開(kāi)關(guān)式調(diào)節(jié)器,驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)1a。zxld1350、zxld1360與zxld1362是磁滯降壓型轉(zhuǎn)換器,可以驅(qū)動(dòng)1w led串和3w led串。這些器件可確保用很少的元器件可靠地控制led,并可以通過(guò)單一引腳,實(shí)現(xiàn)關(guān)閉、軟啟動(dòng)或pwm調(diào)光及溫度控制等功能。 　　應(yīng)用半透明材料的完全漫透射性可降低光源的亮度。亮度是其內(nèi)部光量和它表面投影 面積的函數(shù),面積越大表面亮度越低。半透明材料能降低亮度,但光源發(fā)出的光通量 卻降低不多,而且適用于需要提供垂直照度 的場(chǎng)所,例如采用磨砂玻璃罩、乳白玻璃燈罩等。還可與其他方法相結(jié)合控制亮度,如用半透明擋光板和遮光格柵等。控制間接照明亮度是用兩種原理結(jié)合而成的。一是應(yīng)用遮擋的方法把燈隱藏起來(lái);二是應(yīng)用偏轉(zhuǎn)方向的辦法把燈光射向二次發(fā)光構(gòu)件(頂棚或檐壁)。二次發(fā)光體的面積越大、亮度越均勻,表面亮度越低,效果越好。有時(shí)也可將間接照明、遮擋、偏轉(zhuǎn)幾種方法結(jié)合使用,效果更好。