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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 相對于傳統的白熾光照明方案，具備許多重要優勢。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。 1 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”的附帶優點，即使一盞 LED 出現故障，照明裝置仍可繼續運行。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損壞。生產商與立法機構正在定義 LED 的使用方法。 圖1 LED燈的方向 2 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，實際光輸出的優勢并不明顯。最新型的 LED 具備出色的每瓦流明數值，但某些數值是在優化條件下取得，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電量時產生 X 流明，在 1.0A電量時也不會產生 2 X 流明。 圖2 Incandescent白織燈 3 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 LED的發光方式，是呈單點的特性。與白熾燈不同，LED只透過單表面發光。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將可能出現問題。 5 控制 LED 的方法 5.1 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，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。 5.2 電流線性控制 線性控制指透過線性恒流器，保持 LED 的電流穩定。線性控制在某些情況下效率較低，例如，具備 3.5 V正向電壓的單1A (3W) LED，需要穩流器將 1A 的額定 12V 電源降低 8.5V，使用 3W LED 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。 5.3 開關式穩流器 電感式開關恒流技術雖然產生較高的電子噪音，但卻是更高效率的解決方案，根據 LED 的使用數量，可以采用降壓或降壓/升壓技術。 6 LED在汽車領域應用所面臨的挑戰 6.1 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。PWM (脈寬調制)技術提供固定頻率，并相對較容易進行過濾。但是，LED 負載較為穩定，因此，如果采取適當措施，則滯環(“bang bang”)控制器及PFM(脈沖頻率調制)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)，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 的多數電能均被轉化為傳導熱。LED 具備輻射熱較低的優點，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。 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節 LED 的亮度，從而避免“偏擺”效應。同時，必須謹慎選擇電感器，避免汽車內產生聲頻噪音。 6.2 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。當環境溫度降低時，簡單的溫度控制可導致 LED 的電流增加。 圖3 LED的典型響應要求 7 LED 的使用范圍 LED 主要應用于兩個領域：外部與內部照明。 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。驅動LED 必須符合汽車 EMC 規格的嚴格要求。對于通過高效、電感開關式恒流器驅動的 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 所具備的優點，營造車內舒適環境時可廣泛使用 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開關達至 1.2A 的 LED。 如果需要同時監控電流(如顯示一系列剎車 LED 照明裝置故障)，那么Zetex的電流監測器ZXCT1081 將適合用于 125oC 及 60V 浪涌電壓。 對于車內 LED 控制，Zetex 生產的一系列開關式恒流器， 驅動電流可達1A。 ZXLD1350，1360 與 1362 是一系列降壓變流器，可驅動串連的 1W 及 3W LED。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，同時透過一支多功能腳，實現關閉、軟啟動 ，DC或PWM 調光及溫度控制等功能。 |
