《電子技術(shù)應(yīng)用》
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汽車LED照明系統(tǒng)的挑戰(zhàn)和解決方案
摘要: 車尾燈、泊車燈、車側(cè)顯示燈以及轉(zhuǎn)向信號閃燈采用4W至10W、亮度為40至130流明的鎢絲燈泡,汽車頭燈則采用高亮度的氙氣熒光管(HID)。但在汽車照明中,越來越多地采用 LED作為光源。尾部中央高位剎車燈是最早采用LED的汽車燈。另外,在車燈市場上,其他車外照明和指示燈如剎車燈、轉(zhuǎn)向信號燈以及車內(nèi)照明燈都已改用 LED燈泡。近年來,車外照明燈,如白天行車燈(DRL),以及車頭近光燈都開始改用LED燈泡。預(yù)計汽車大燈也會很快改用高亮度LED燈。
Abstract:
Key words :

一直以來,汽車的剎車燈、轉(zhuǎn)向信號燈、倒車燈以及車尾霧燈都采用21W到27W、亮度為280至570流明的鎢絲燈泡作為光源。車尾燈、泊車燈、車側(cè)顯示燈以及轉(zhuǎn)向信號閃燈采用4W至10W、亮度為40至130流明的鎢絲燈泡,汽車頭燈則采用高亮度的氙氣熒光管(HID)。但在汽車照明中,越來越多地采用 LED作為光源。尾部中央高位剎車燈是最早采用LED的汽車燈。另外,在車燈市場上,其他車外照明和指示燈如剎車燈、轉(zhuǎn)向信號燈以及車內(nèi)照明燈都已改用 LED燈泡。近年來,車外照明燈,如白天行車燈(DRL),以及車頭近光燈都開始改用LED燈泡。預(yù)計汽車大燈也會很快改用高亮度LED燈。此外,在車身內(nèi)部,一些車內(nèi)顯示器的背光也開始采用LED作為光源,如儀表盤以及TFT顯示器。

汽車LED照明系統(tǒng)的優(yōu)點

白光LED的色溫約為6000K,視覺上幾乎等同于自然光。由于人眼區(qū)分顏色的能力在自然背景條件下是最好的。在晚上,人眼只有在自然的色彩情況下,對景物或馬路邊沿才有很好的區(qū)分能力。

LED 燈的平均壽命比鎢絲燈以及高亮度熒光燈管長,而且更加穩(wěn)定可靠。如可以減少出故障的幾率,同時無需頻繁地更換燈泡,省卻了很多麻煩。而且采用LED可以節(jié)省更多的能源。LED燈外形更小,更容易裝入燈座內(nèi),在占用更少空間的同時,更容易配合時尚的燈飾設(shè)計。更為重要的是,LED剎車燈的啟動速度更快。 LED剎車燈的點亮?xí)r間僅為50ms左右,比鎢絲燈泡的啟動時間快大約250ms,從而降低了被尾隨車輛碰撞的危險。另外,LED是固態(tài)光源,可以承受更大的震動。

驅(qū)動LED燈的技術(shù)要求

由于LED的亮度與流過的電流成正比,所以需要恒定的電流源來驅(qū)動LED。在任何情況下,流過LED的電流要保持恒定,才能確保LED亮度的一致性。另外還需要在任何情況下都能將紋波電流控制在可接受的水平。所以說LED驅(qū)動器的設(shè)計屬于電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計,其特點是恒流輸出而非恒壓輸出。

在LED驅(qū)動器設(shè)計中,必須增加阻塞電路,為防止電源反向操作提供保護(hù)。我們會遇到的另外一個挑戰(zhàn)是要在汽車?yán)鋯踊蜇?fù)載斷電的情況下確保LED能夠正常工作。在正常操作的情況下,小轎車的電池供電電壓介于9V與16V之間(例如12V系統(tǒng)總線),而大貨車的電池供電電壓則介于18V與32V之間(例如24V系統(tǒng)總線)。在出現(xiàn)負(fù)載斷電或冷啟動的情況時,電池的輸入電壓范圍會與正常的范圍有很大的出入。

在發(fā)電機運行期間,如果電池的供電被突然截斷,此時發(fā)電機會繼續(xù)發(fā)電,使用發(fā)電機供電的電容等用電部分就會出現(xiàn)電壓突然增高的現(xiàn)象,如果不采取保護(hù)措施,將會損壞用電器。如果LED的驅(qū)動不是恒流驅(qū)動,LED的電流就會有所變化,造成LED的亮度變化,這就是為什么目前的汽車燈會存在閃爍現(xiàn)象。下面是一個負(fù)載斷電測試的一個定義,用來模仿負(fù)載突斷的一些情形。不同的汽車廠商采用不同的標(biāo)準(zhǔn),因此負(fù)載斷電測試的定義也各不相同,圖1 只是其中一個案例。 

                                                    圖1 負(fù)載斷電測試的定義

盡管負(fù)載突降會造成負(fù)載電壓升高,但大部分先進(jìn)的交流發(fā)電機都配備了中央控制式負(fù)載斷電箝位電路。12V總線系統(tǒng)的參考電平會被限制在35V到42V之間,而24V總線系統(tǒng)的參考電平會被鉗定在50V到60V之間。

在天氣寒冷的時候,啟動裝置會令電池供電電壓大幅下跌,圖2顯示“冷啟動”測試的典型波形。

                                      圖2 “冷啟動”測試的典型波形 

 由于LED驅(qū)動器的輸入供電端連接電池的輸入端,因此像剎車燈這類涉及駕駛安全的汽車燈必須不受負(fù)載斷電及冷啟動的影響,甚至必須能夠在這種情況下繼續(xù)正常運行。在典型的情況下,12V總線系統(tǒng)的輸入范圍為6V到42V,24V總線系統(tǒng)的輸入電壓范圍為12V到60V。

LED驅(qū)動技術(shù)

電阻限流是LED驅(qū)動方法之一,其優(yōu)點是成本較低、設(shè)計簡單;缺點是電流會隨著正向電壓和驅(qū)動電壓的不同而改變,所以LED發(fā)出的亮度會改變。當(dāng)電池電壓比較高時,驅(qū)動的效率很差,因為此時大部分的功率會消耗在電阻上。此外,限流電阻會產(chǎn)生很大的熱量,導(dǎo)致散熱的問題。所以這是一個簡單、但并不是一個最高效的方法。

第二種方法是線性穩(wěn)流器,也叫恒流源。它的優(yōu)點是設(shè)計簡單、電流恒定;缺點是效率很低,而且隨著輸入電壓的升高,線性芯片承載的壓降也就越大,所以線性芯片也會產(chǎn)生很大的熱量。但它改善了電阻限流方法中電流波動的缺點。

除了以上兩種方法,還有一種開關(guān)電源式的驅(qū)動方法。表1是三種不同方法的比較,用開關(guān)電源作為LED驅(qū)動的方法具有很高的效率,而且電流恒定。由于開光電源轉(zhuǎn)換器的效率較高,因此被越來越多的車燈生產(chǎn)商使用。其最大的缺點是設(shè)計線路要復(fù)雜些,而且成本相對較高。

                                            表1 三種LED驅(qū)動方法比較

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