高亮度LED在汽車照明應用（yòng）的問題

毋庸置疑，采用高亮（liàng）度LED照明將成為（wéi）未來汽車的主要特征，這歸功於LED相對於傳統的白熾光照明方案所具有的許多基本（běn）優勢。此外，采用LED照明也可帶動汽車設計技術和設計風（fēng）格上的變化。然而，正像任何（hé）創新技術一樣（yàng），LED在（zài）被廣泛用於汽車（chē）照明之前（qián），仍需要（yào）克服許多困難。
關鍵特性
1.可靠性與使用壽命
LED的預期使用壽命為5萬個小時，而鹵鎢燈為2萬個小時，鎢（wū）白熾燈為3千個小時。相對於（yú）白熾燈，LED的結構堅固，不容易受振動影響，使用過程中光輸出亮度也不會明顯下降。基於多個LED的（de）照明方案還具備“冗餘度”好處，即使一個LED出現故障，仍可以繼續使用照明（míng）裝（zhuāng）置。正確使用LED(特別是正確控製LED的溫度)，可有效延長LED的預期壽命。相反（fǎn），如果溫度過高，LED很容易損壞。LED應用在汽車照（zhào）明上還牽涉（shè）許多法律定義問題。大多數國家對刹車燈或頭燈故障（zhàng）——燈亮或熄滅有明確定義。但對采用多個LED的燈，很難準確定義照明（míng）燈是否已經（jīng）損壞。製造商與立法機（jī）構（gòu）正在定義LED的（de）使用方法。
2.效率（lǜ）/每瓦流（liú）明
與標準的白（bái）熾燈相比，LED消耗（hào）每單位電能可以產生更多的（de）光輸出（chū）。但與鹵素燈（dēng）相比時（shí），LED的實際光輸出的優勢並不明顯。全新的LED具備出（chū）色的流明每瓦數值，但某些數值是（shì）在優化條件下取得的，而通常不是在高（gāo）輸出條件下獲（huò）得的。一般而言，當LED的電流增加時，光輸出量並未（wèi）呈線性增加（jiā）。因此，即使 LED在（zài）0.電流下輸出x流明，它在（zài）1.0A電流下也不會輸出（chū）2x流明。
3.響應速度
以刹車（chē）燈和方向指示燈管為例，假設車輛時速為125公裏/小時，即35米/秒時，白熾燈（dēng）的熱啟動時間約為250毫秒，而反應迅速（sù）的LED可提早約8米（mǐ）距離發（fā）出刹車警告，從而有效避免汽車相撞（zhuàng）。指示（shì）燈也是如此。
4.方向性（xìng）
另一個關鍵特性是（shì）LED的發光方（fāng）式。與白熾燈不同（tóng），LED隻（zhī）透過一個表麵發光，這對頭（tóu）燈與航圖燈應用有好處，但可能不適合車廂照明燈其它照明應用。
控製LED的方法
1.電流控製
LED的一個（gè）基本問題是，LED是由電流控製的器件，其電壓降相對（duì）較低。簡（jiǎn）單的方法是使用電阻限製LED的電流，但該方（fāng）法並（bìng）不（bú）適合（hé）采用額定（dìng）電壓為 12V或24V電池的係統，因為電池的實際電壓是從6V至18V或12V至36V。因此，如果需要保持亮度，就必須進（jìn）行恒流控製。
2.電流的線（xiàn）性控製
線性控製指（zhǐ）通過線性調節器（qì）保持（chí）通過LED的電流為常數（shù）。線性控製在某些情況下效率很低，例如，正向電（diàn）壓為3.5V的單1A(3W)LED，需要調節器在保持1A電流的同時將的額定12V電源|穩壓器降至8.5V，這樣使用（yòng）3WLED將浪費8.5W的功率。線性電流控製是產生噪聲少的技術，而且從 EMC角度（dù）看，線性電流控製安全。
3.開關式調節器
電感式開關（guān）恒流技術雖然產生的電子噪聲較多，但它的效率更高。根據LED的使用數（shù）量，可以采用降壓或降/升壓調節器。
4.EMC問題
必須（xū）盡量減少輻射與傳導噪（zào）聲（shēng），將（jiāng）噪聲控製在容許極限內。雖然PWM方法的（de）頻率固定，且相對較容易進行濾波，但由（yóu）於LED負載較為穩定，如果采取適當措施，磁滯控（kòng）製器及PFM是合適的選（xuǎn）擇。開（kāi）關式調節（jiē）器的發展趨勢是頻率將更高，以減少電感/電容的體積。這對汽車應用而言（yán），這總是好（hǎo）的解決方案。將頻率保持在較低的水平（píng）有助於避免幹擾問題。
基頻的“抖動”或“擴展”技術確實有助於符合類似（sì）峰值EMC測試要求，但更好的方法是不產生（shēng）任何輻射，而任何開關式調節器均難以實（shí）現這點。
輻射熱、傳導熱與熱管（guǎn）理（lǐ）
使用高亮（liàng）度LED的用戶(特別是汽車製造業（yè）)要麵臨的（de）關鍵問題（tí）與大挑戰之（zhī）一，是LED的自熱問題。LED的每瓦流明已取得了（le）很大改進，但事實上 LED的多數電能均轉化成傳導熱。LED能產生的適合車廂照明的輻射熱較少，但在寒（hán）冷氣候中，頭燈的輻射熱卻能有效地融化透鏡上的雪。因此，熱管理是可靠控製LED的關鍵。
熱管理主要指（zhǐ）溫度增加（jiā）時減少電流。使用高（gāo）亮度LED的優點是電流（liú）變化較大時，眼睛（jīng）無（wú）法察覺到亮度變化（huà）。一般而言，電流下降25%，單個LED的亮度變化並不明顯。
但是，LED會隨溫度與電流的變化而（ér）改變顏色，這點是（shì）否會影響汽車照明應用仍有待探討。LED的頻譜是否適用於照明，在一般夜視效果下是（shì）否會影響駕駛者的距離感，這些問題可能更加重要。
采用（yòng）PWM方法來減低亮度比，而非直流電（diàn）控製，可得到更大的光暗比例，且色（sè）溫不會發生變化，因此用PWM方法減低亮度是較好的方法。但是，頻率的選擇也很重要。一般認為頻率為（wéi）200Hz比（bǐ）較（jiào）好，因為人眼不會感覺200Hz光的閃（shǎn）爍，此外較低的頻率可確保處於（yú）低於開關式調節器的轉換（huàn）頻率。但是，必須預見到頭燈（dēng）存（cún）在頻閃效應的潛在問題。一種較為合適的方法是使用（yòng）更高頻（pín）率來調節LED的亮（liàng）度（dù），從而避免“偏擺”效應。此外（wài），必須謹慎（shèn）選擇電感器（qì），避免汽車內產生可聽到的（de）噪聲。
LED的溫度傳感也是需要解決的問（wèn）題。熱（rè）敏電阻器（qì）是廣泛使用（yòng）的方法，但使用熱敏電阻器必須十分小心，溫度控（kòng）製響應應設定為LED需要減少的電流所對應的溫度（dù）上限。當環境溫度降低時，簡（jiǎn）單的溫度（dù）控製可導（dǎo）致LED的電流增（zēng）加。給出（chū）了LED對環境溫度的典型響（xiǎng）應要求。
LED的應用範圍
在汽（qì）車應（yīng）用中，LED主要被用來外部與內部照明（míng）。外（wài）部照明設備涉及熱極限與EMC問題，同時還有卸載負載測試的許多複雜（zá）標準，例如（rú），電壓是40V、 60V、80V，還（hái）是100VLED的（de）驅動電路必須符合汽車EMC規格（gé）的嚴格要求。對於通過、電（diàn）感開關式調（diào）節器驅動（dòng）的LED，符合上述（shù）要求有一定難度，所有預防措（cuò）施將增加總體方案的成本。在外部照明應用領域，頭燈、霧燈及指示燈是目標應用。
由於LED所具備的優點，可廣泛使用LED來營造車內舒適環境，比如儀器|儀表類照明燈、踏板照明燈、航圖燈、後霧燈、汽車後刹車與（yǔ）指示燈，而（ér）用於顯示汽（qì）車“娛樂信息”的平板顯示屏/顯示器件的混色背光照明及氣氛照明將進（jìn）一步增加LED的應用。深圳市辰（chén）儀科（kē）技有限公司供應日（rì）本（běn）NOISEKEN汽車EMC測試設備。