|
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(shù)上，甚至汽車設(shè)計風(fēng)格上的變化。但是，正如任何革新技術(shù)，LED在廣泛運(yùn)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(yù)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(jiān)固結(jié)構(gòu)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(diǎn)，即使一盞LED出現(xiàn)故障，照明裝置仍可繼續(xù)運(yùn)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(yù)期壽命。相反使用溫度過高，LED將很容易損壞。應(yīng)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(zhǔn)確定義照明燈是否已經(jīng)損壞。生產(chǎn)商與立法機(jī)構(gòu)正在定義LED的使用方法。 圖1LED燈的方向 功效/每瓦流明 與標(biāo)準(zhǔn)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?zé)粝啾葧r，實(shí)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(dāng)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(yīng)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(yīng)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(diǎn)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(yīng)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?yàn)閷?shí)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(jìn)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(fèi)8.5W的功率!線性電流控制是噪音最低的電子技術(shù)，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(guān)式穩(wěn)流器 電感式開關(guān)恒流技術(shù)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(shù)。 LED在汽車領(lǐng)域應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn) EMC問題 必須盡量減少輻射與傳導(dǎo)噪音，將噪音控制在容許極限內(nèi)。PWM(脈寬調(diào)制)技術(shù)提供固定頻率，并相對較容易進(jìn)行過濾。但是，LED負(fù)載較為穩(wěn)定，因此，如果采取適當(dāng)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(guān)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(yīng)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(chǔ)頻率的“抖動”，或“擴(kuò)展頻譜”技術(shù)，確實(shí)有助于符合準(zhǔn)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(guān)式恒流器均難于達(dá)到此要求。 熱輻射、熱傳導(dǎo)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(guān)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(jìn)，但事實(shí)是LED的多數(shù)電能均被轉(zhuǎn)化為傳導(dǎo)熱。LED具備輻射熱較低的優(yōu)點(diǎn)，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(guān)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(diǎn)，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(diǎn)是否會影響汽車照明應(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影響駕駛者的距離感，這些問題可能更為重要。 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(rèn)為200Hz是不錯的選擇，因?yàn)?00Hz超出了人眼的閃動感覺。同時，較低的頻率可確保處于開關(guān)式恒流器的轉(zhuǎn)換頻率之下。但是，必須預(yù) 見到頭燈存在頻閃效應(yīng)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(yīng)。同時，必須謹(jǐn)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(yīng)應(yīng)設(shè)定為LED需要電流減少溫度的上限響應(yīng)。當(dāng)環(huán)境溫度降低時，簡單的溫度控制可導(dǎo)致LED的電流增加。 圖3LED的典型響應(yīng)要求 LED的使用范圍 LED主要應(yīng)用于兩個領(lǐng)域：外部與內(nèi)部照明。 外部設(shè)備涉及熱量極限與大量EMC問題。同時還有突卸負(fù)荷測試的許多復(fù)雜標(biāo)準(zhǔn)。驅(qū)動LED必須符合汽車EMC規(guī)格的嚴(yán)格要求。對于通過高效、電感開關(guān)式恒流器驅(qū)動的LED，符合上述要求將有一定難度，所有預(yù)防措施將增加總體方案的成本，在此類應(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)，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(yīng)用。 Zetex的LED產(chǎn)品 用于簡單開關(guān)LED負(fù)荷的BSP75裝置，是“堅(jiān)固耐用”，并具備ESD額定規(guī)格及過溫過電流與過電壓保護(hù)裝置的FET。該裝置適用于引擎室內(nèi)開關(guān)達(dá)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(guān)式恒流器，驅(qū)動電流可達(dá)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(shí)現(xiàn)關(guān)閉、軟啟動，DC或PWM調(diào)光及溫度控制等功能。 |
