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用于汽车的高亮LED照明

发布时间:2020-07-01 02:25:03 阅读: 来源:汽油机厂家

毋庸置疑,高亮 LED 将成为未来一代汽车的主要特征。这是由于 LED 相对于传统的白炽光照明方案,具备许多重要优势。同时,采用 LED 也可带动技术上,甚至汽车设计风格上的变化。但是,正如任何革新技术,LED 在广泛运用于汽车照明前,仍有许多困难需要克服。

可靠性与持久性

LED 的相对预期寿命为 5 万小时,而卤素钨灯为 2 万小时,卤素白炽灯为 3 千小时。相对于白炽灯,LED 的坚固结构更不容易被振动影响,使用过程中光输出透亮度也不会明显下降。采用多 LED 照明方案,具备“冗余零件”的附带优点,即使一盏 LED 出现故障,照明装置仍可继续运行。正确使用 LED(特别是正确控制 LED 的温度),可有效延长 LED 的预期寿命。相反使用温度过高,LED 将很容易损坏。 应用在汽车照明上,牵涉许多法律定义问题。多数国家已明确定义刹车灯或头灯故障—灯亮着或熄灭。对于多 LED 照明灯,很难准确定义照明灯是否已经损坏。生产商与立法机构正在定义 LED 的使用方法。

图1 LED灯的方向

功效/每瓦流明

与标准白炽灯泡相比,LED 的每单位电能具备较高的光输出。但是,与卤素灯相比时,实际光输出的优势并不明显。最新型的 LED 具备出色的每瓦流明数值,但某些数值是在优化条件下取得,且通常并非在高的输出条件下得出。一般而言,当 LED 的电流增加时,光输出量并未呈线性增加。因此,即使 LED 在 0.5A电量时产生 X 流明,在 1.0A电量时也不会产生 2 X 流明。

图2 Incandescent白织灯

响应速度

例如,对于刹车与方向指示灯管,车辆时速为 125 公里,即 35 米/秒时,白炽灯泡的热启动时间约为 250 毫秒。具备即时反应的LED 可提早约 8 米距离发出刹车警告,从而有效避免汽车相撞。指示灯也是如此。

方向性

LED的发光方式,是呈单点的特性。与白炽灯不同,LED只透过单表面发光。这比较适合头灯与航图灯使用,但对于其他照明应用(如车厢照明)使用LED将可能出现问题。

控制 LED 的方法

电流控制

LED 是具备相对较低电压降的电流控制装置,这是需要解决的主要问题。最简单的方法是使用电阻器,限制 LED 的电流。但该方法并不适用于额定 12V或 24V电池系统,因为实际电压是从6V至 18V 或 12V 至 36V。因此,如果需要保持照明度,必须进行恒流控制。

电流线性控制

线性控制指透过线性恒流器,保持 LED 的电流稳定。线性控制在某些情况下效率较低,例如,具备 3.5 V正向电压的单1A (3W) LED,需要稳流器将 1A 的额定 12V 电源降低 8.5V,使用 3W LED 将浪费 8.5W 的功率!线性电流控制是噪音最低的电子技术,且从 EMC角度看,线性电流控制是最安全的电流控制方法。

开关式稳流器

电感式开关恒流技术虽然产生较高的电子噪音,但却是更高效率的解决方案,根据 LED 的使用数量,可以采用降压或降压/升压技术。

LED在汽车领域应用所面临的挑战

EMC 问题

必须尽量减少辐射与传导噪音,将噪音控制在容许极限内。PWM (脉宽调制)技术提供固定频率,并相对较容易进行过滤。但是,LED 负载较为稳定,因此,如果采取适当措施,则滞环(“bang bang”)控制器及PFM(脉冲频率调制)是合适的选择。有趋势将开关式恒流器的频率提升,以减少电感器/电容器的体积,对于汽车应用,这并不是最佳的解决方案。将频率保持于较低水平,有助于避免干扰问题。

基础频率的“抖动”,或“扩展频谱”技术,确实有助于符合准峰值 EMC 测试。但是,最佳的方法是不产生任何辐射,而任何开关式恒流器均难于达到此要求。

热辐射、热传导与热量管理

使用高亮 LED 的用户(特别是汽车制造业),所面临的关键问题与最大难题之一,是LED 的自热问题。LED 的每瓦流明已取得了很大改进,但事实是 LED 的多数电能均被转化为传导热。LED 具备辐射热较低的优点,适合用于车厢照明。相反,在寒冷气候中,头灯的辐射热却可有效融化透镜上的雪。因此,热量管理是有效控制 LED 的关键。

热量控制主要指温度增加时减少电流。使用高亮 LED 的优点,是电流变化较大时,眼睛无法察觉到亮度的变化。一般来说,电流下降 25% 时,单 LED 的亮度变化并不明显。但是,LED 会随温度与电流的变化而改变颜色特征,这点是否会影响汽车照明应用仍有待探讨。LED 的频谱是否适用于照明,在一般夜视效果下是否会影响驾驶者的距离感,这些问题可能更为重要。

采用PWM方法来减低亮度比,而非直流电控制,可得到更大的光暗比例且色温不会发生变化,所以 PWM 减低亮度是较好方法。但是,频率的选择也很重要。一般认为 200Hz 是不错的选择,因为 200Hz 超出了人眼的闪动感觉。同时,较低的频率可确保处于开关式恒流器的转换频率之下。但是,必须预见到头灯存在频闪效应的潜在问题。较为合适的方法,是使用更高频率来调节 LED 的亮度,从而避免“偏摆”效应。同时,必须谨慎选择电感器,避免汽车内产生声频噪音。

温度感测

LED 的温度感测也是需要解决的问题,广泛采用的方法是热敏电阻器。使用热敏电阻器必须十分小心,温度控制响应应设定为 LED 需要电流减少温度的上限响应。当环境温度降低时,简单的温度控制可导致 LED 的电流增加。

图3 LED的典型响应要求

LED 的使用范围

LED 主要应用于两个领域:外部与内部照明。

外部设备涉及热量极限与大量 EMC 问题。同时还有突卸负荷测试的许多复杂标准。驱动LED 必须符合汽车 EMC 规格的严格要求。对于通过高效、电感开关式恒流器驱动的 LED,符合上述要求将有一定难度,所有预防措施将增加总体方案的成本,在此类应用领域,头灯、雾灯及指示灯是目标应用。由于 LED 所具备的优点,营造车内舒适环境时可广泛使用 LED。仪表组照明、踏板照明灯、航图灯、后雾灯、汽车后部的刹车与指示灯,用于显示汽车“娱乐信息”的平面屏幕显示的混色背光照明及气氛照明,无疑将增加 LED 的应用。

Zetex 的 LED 产品

用于简单开关 LED 负荷的 BSP75 装置,是“坚固耐用”,并具备 ESD额定规格及过温过电流与过电压保护装置的FET。该装置适用于引擎室内开关达至 1.2A 的 LED。

如果需要同时监控电流(如显示一系列刹车 LED 照明装置故障),那么Zetex的电流监测器ZXCT1081 将适合用于 125oC 及 60V 浪涌电压。

对于车内 LED 控制,Zetex 生产的一系列开关式恒流器, 驱动电流可达1A。ZXLD1350,1360 与 1362 是一系列降压变流器,可驱动串连的 1W 及 3W LED。此类装置采用简单方法,可确保 LED 控制方法的可靠性,并降低零件数,同时透过一支多功能脚,实现关闭、软启动 ,DC或PWM 调光及温度控制等功能。

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