應用于未來一代汽車的高亮LED照明方案

毋庸置疑，高亮LED將成為未來一代汽車的主要特征。這是由于LED相對于傳統(tǒng)的白熾光照明方案，具備許多重要優(yōu)勢。同時，采用LED也可帶動技術上，甚至汽車設計風格上的變化。但是，正如任何革新技術，LED在廣泛運用于汽車照明前，仍有許多困難需要克服。

可靠性與持久性

LED的相對預期壽命為5萬小時，而鹵素鎢燈為2萬小時，鹵素白熾燈為3千小時。相對于白熾燈，LED的堅固結構更不容易被振動影響，使用過程中光輸出透亮度也不會明顯下降。采用多LED照明方案，具備“冗余零件”的附帶優(yōu)點，即使一盞LED出現(xiàn)故障，照明裝置仍可繼續(xù)運行。正確使用LED(特別是正確控制LED的溫度)，可有效延長LED的預期壽命。相反使用溫度過高，LED將很容易損壞。應用在汽車照明上，牽涉許多法律定義問題。多數(shù)國家已明確定義剎車燈或頭燈故障—燈亮著或熄滅。對于多LED照明燈，很難準確定義照明燈是否已經(jīng)損壞。生產(chǎn)商與立法機構正在定義LED的使用方法。

圖1LED燈的方向

功效/每瓦流明

與標準白熾燈泡相比，LED的每單位電能具備較高的光輸出。但是，與鹵素燈相比時，實際光輸出的優(yōu)勢并不明顯。最新型的LED具備出色的每瓦流明數(shù)值，但某些數(shù)值是在優(yōu)化條件下取得，且通常并非在高的輸出條件下得出。一般而言，當LED的電流增加時，光輸出量并未呈線性增加。因此，即使LED在0.5A電量時產(chǎn)生X流明，在1.0A電量時也不會產(chǎn)生2X流明。

圖2Incandescent白織燈

響應速度

例如，對于剎車與方向指示燈管，車輛時速為125公里，即35米/秒時，白熾燈泡的熱啟動時間約為250毫秒。具備即時反應的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。

方向性

LED的發(fā)光方式，是呈單點的特性。與白熾燈不同，LED只透過單表面發(fā)光。這比較適合頭燈與航圖燈使用，但對于其他照明應用(如車廂照明)使用LED將可能出現(xiàn)問題。

控制LED的方法

電流控制

LED是具備相對較低電壓降的電流控制裝置，這是需要解決的主要問題。最簡單的方法是使用電阻器，限制LED的電流。但該方法并不適用于額定12V或24V電池系統(tǒng)，因為實際電壓是從6V至18V或12V至36V。因此，如果需要保持照明度，必須進行恒流控制。

電流線性控制

線性控制指透過線性恒流器，保持LED的電流穩(wěn)定。線性控制在某些情況下效率較低，例如，具備3.5V正向電壓的單1A(3W)LED，需要穩(wěn)流器將1A的額定12V電源降低8.5V，使用3WLED將浪費8.5W的功率!線性電流控制是噪音最低的電子技術，且從EMC角度看，線性電流控制是最安全的電流控制方法。

開關式穩(wěn)流器

電感式開關恒流技術雖然產(chǎn)生較高的電子噪音，但卻是更高效率的解決方案，根據(jù)LED的使用數(shù)量，可以采用降壓或降壓/升壓技術。

LED在汽車領域應用所面臨的挑戰(zhàn)

EMC問題

必須盡量減少輻射與傳導噪音，將噪音控制在容許極限內(nèi)。PWM(脈寬調(diào)制)技術提供固定頻率，并相對較容易進行過濾。但是，LED負載較為穩(wěn)定，因此，如果采取適當措施，則滯環(huán)(“bangbang”)控制器及PFM(脈沖頻率調(diào)制)是合適的選擇。有趨勢將開關式恒流器的頻率提升，以減少電感器/電容器的體積，對于汽車應用，這并不是最佳的解決方案。將頻率保持于較低水平，有助于避免干擾問題。

基礎頻率的“抖動”，或“擴展頻譜”技術，確實有助于符合準峰值EMC測試。但是，最佳的方法是不產(chǎn)生任何輻射，而任何開關式恒流器均難于達到此要求。

熱輻射、熱傳導與熱量管理

使用高亮LED的用戶(特別是汽車制造業(yè))，所面臨的關鍵問題與最大難題之一，是LED的自熱問題。LED的每瓦流明已取得了很大改進，但事實是LED的多數(shù)電能均被轉化為傳導熱。LED具備輻射熱較低的優(yōu)點，適合用于車廂照明。相反，在寒冷氣候中，頭燈的輻射熱卻可有效融化透鏡上的雪。因此，熱量管理是有效控制LED的關鍵。

熱量控制主要指溫度增加時減少電流。使用高亮LED的優(yōu)點，是電流變化較大時，眼睛無法察覺到亮度的變化。一般來說，電流下降25%時，單LED的亮度變化并不明顯。但是，LED會隨溫度與電流的變化而改變顏色特征，這點是否會影響汽車照明應用仍有待探討。LED的頻譜是否適用于照明，在一般夜視效果下是否會影響駕駛者的距離感，這些問題可能更為重要。

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采用PWM方法來減低亮度比，而非直流電控制，可得到更大的光暗比例且色溫不會發(fā)生變化，所以PWM減低亮度是較好方法。但是，頻率的選擇也很重要。一般認為200Hz是不錯的選擇，因為200Hz超出了人眼的閃動感覺。同時，較低的頻率可確保處于開關式恒流器的轉換頻率之下。但是，必須預 見到頭燈存在頻閃效應的潛在問題。較為合適的方法，是使用更高頻率來調(diào)節(jié)LED的亮度，從而避免“偏擺”效應。同時，必須謹慎選擇電感器，避免汽車內(nèi)產(chǎn)生聲頻噪音。

溫度感測

LED的溫度感測也是需要解決的問題，廣泛采用的方法是熱敏電阻器。使用熱敏電阻器必須十分小心，溫度控制響應應設定為LED需要電流減少溫度的上限響應。當環(huán)境溫度降低時，簡單的溫度控制可導致LED的電流增加。

圖3LED的典型響應要求

LED的使用范圍

LED主要應用于兩個領域：外部與內(nèi)部照明。

外部設備涉及熱量極限與大量EMC問題。同時還有突卸負荷測試的許多復雜標準。驅(qū)動LED必須符合汽車EMC規(guī)格的嚴格要求。對于通過高效、電感開關式恒流器驅(qū)動的LED，符合上述要求將有一定難度，所有預防措施將增加總體方案的成本，在此類應用領域，頭燈、霧燈及指示燈是目標應用。由于LED所具備的優(yōu)點，營造車內(nèi)舒適環(huán)境時可廣泛使用LED。儀表組照明、踏板照明燈、航圖燈、后霧燈、汽車后部的剎車與指示燈，用于顯示汽車“娛樂信息”的平面屏幕顯示的混色背光照明及氣氛照明，無疑將增加LED的應用。

Zetex的LED產(chǎn)品

用于簡單開關LED負荷的BSP75裝置，是“堅固耐用”，并具備ESD額定規(guī)格及過溫過電流與過電壓保護裝置的FET。該裝置適用于引擎室內(nèi)開關達至1.2A的LED。

如果需要同時監(jiān)控電流(如顯示一系列剎車LED照明裝置故障)，那么Zetex的電流監(jiān)測器ZXCT1081將適合用于125oC及60V浪涌電壓。

對于車內(nèi)LED控制，Zetex生產(chǎn)的一系列開關式恒流器，驅(qū)動電流可達1A。ZXLD1350，1360與1362是一系列降壓變流器，可驅(qū)動串連的1W及3WLED。此類裝置采用簡單方法，可確保LED控制方法的可靠性，并降低零件數(shù)，同時透過一支多功能腳，實現(xiàn)關閉、軟啟動，DC或PWM調(diào)光及溫度控制等功能。