高亮度LED在汽車照明應（yīng）用的問題

毋庸置（zhì）疑，采用高亮度LED照明將成（chéng）為未來汽車的主要特征，這歸功於LED相對於傳統的白熾光（guāng）照明方案所具有的許（xǔ）多基本優勢。此外，采用LED照明也可帶動汽車設計技術和設計風格上（shàng）的變化。然而，正像任何創新（xīn）技術一樣，LED在被廣泛用於汽車照明之前，仍需要克服許多困難。
關鍵特性
1.可靠性與使用壽命
LED的（de）預期使用壽（shòu）命為（wéi）5萬個小時，而鹵（lǔ）鎢燈為2萬個小時，鎢（wū）白熾燈為3千個小時。相對於白熾燈，LED的結構堅固，不容易受振（zhèn）動影響，使用過程中光輸出亮度也不會明顯下降。基於（yú）多個LED的照明方案還具（jù）備“冗餘度”好處（chù），即使一個LED出現故障，仍可以繼（jì）續使用（yòng）照（zhào）明裝（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，如果溫度過高，LED很（hěn）容易損壞。LED應用在汽車照明（míng）上還牽涉許多法律定義問題（tí）。大多數國（guó）家（jiā）對刹車（chē）燈或頭燈故障——燈亮或熄（xī）滅有明（míng）確定義。但對采用多個LED的燈，很難準確定義（yì）照明燈是否已經損壞（huài）。製造商與立法機構正在定義LED的使用方（fāng）法。
2.效率/每瓦流明
與標準的白熾燈相（xiàng）比，LED消耗每單位電能可以（yǐ）產生更多的光輸出。但與鹵素燈相比時，LED的（de）實際光輸出的優勢並不（bú）明顯。全新的LED具備出色的流明每瓦數值（zhí），但某些數值（zhí）是在優化條件下取得的（de），而通常不（bú）是在（zài）高輸（shū）出條件下獲得的。一般（bān）而言，當LED的電流增加時，光輸出（chū）量並未呈線性增加。因此，即使 LED在0.電流下輸出x流明，它在1.0A電流下也不（bú）會輸（shū）出（chū）2x流明。
3.響應速度
以（yǐ）刹車燈和方向指示燈管為例，假設車輛時速為125公裏/小（xiǎo）時，即（jí）35米（mǐ）/秒時，白熾燈的（de）熱啟動時間（jiān）約為250毫（háo）秒，而反應迅速的LED可提早約8米距離發出（chū）刹車警告，從（cóng）而有效避免（miǎn）汽車相撞。指示燈也是如此。
4.方向性
另一個關鍵特性是LED的發光（guāng）方式（shì）。與白熾燈不同，LED隻透過一個表麵發光，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的一個基本問題是，LED是由電流控製的器件，其電壓降相對較低。簡單的方法是使（shǐ）用電阻（zǔ）限製LED的電流，但該方法並不適合采用額定電壓為 12V或24V電池的係統，因為電池的實際電壓是從6V至（zhì）18V或12V至（zhì）36V。因此，如果需要（yào）保持（chí）亮度，就必須進行恒流控製。
2.電流的（de）線性控製
線性控製指通過線（xiàn）性調節器保持通過（guò）LED的電流為常數（shù）。線性控製在某些情況下效（xiào）率很低，例如，正向電壓為3.5V的單1A(3W)LED，需要調節器在（zài）保持1A電流的同時將的額定（dìng）12V電源|穩（wěn）壓器降至（zhì）8.5V，這樣使用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（diàn）感式開關恒流技術雖然產生的電子噪聲較多，但它（tā）的效率更高。根據LED的使用數量（liàng），可以采用降壓或降/升壓（yā）調節器。
4.EMC問（wèn）題
必須盡量減少輻射與傳導噪聲，將噪聲控（kòng）製在容許極限內。雖然PWM方法的頻率固定，且相對較容易進行濾波，但由於LED負（fù）載較為穩定，如果采取適當（dāng）措施，磁滯控製器及PFM是（shì）合適的（de）選擇。開（kāi）關式調節器的發展（zhǎn）趨勢是頻率將（jiāng）更高，以減（jiǎn）少電感/電容的體積（jī）。這對汽車應用而言，這總是好的解決方案。將頻率保持在較低的（de）水平有助於避免幹擾問題。
基頻的“抖（dǒu）動”或“擴展”技術確實有助於（yú）符合類似峰值（zhí）EMC測試要求，但更好的方法是不產生任何輻射，而任何開關式（shì）調節器均難以實現這點。
輻（fú）射（shè）熱、傳導（dǎo）熱與熱管理
使用高亮度LED的用（yòng）戶(特別是汽（qì）車製造業)要（yào）麵臨的關鍵問題與大挑戰之一，是LED的自熱問題。LED的每瓦流明已（yǐ）取得了很大改進，但事（shì）實上 LED的多數電能均轉（zhuǎn）化成傳導熱。LED能產生（shēng）的適合車廂照明的（de）輻射熱較（jiào）少，但（dàn）在寒冷氣候中，頭（tóu）燈的輻射熱卻能有效地融化透鏡上（shàng）的雪。因此，熱管理是可靠控（kòng）製LED的關鍵。
熱管理主要指溫度增加時減少（shǎo）電流。使用高亮度LED的優點是電流變化（huà）較大時，眼睛無法察覺到（dào）亮度變化。一般而言（yán），電流下降25%，單個LED的亮度變化並不明（míng）顯。
但（dàn）是，LED會隨溫度與電（diàn）流的變化而改變顏色，這點是否會影響（xiǎng）汽車（chē）照明應用仍有待探討。LED的頻譜是否適用於（yú）照明（míng），在一般夜視（shì）效果下是否會影（yǐng）響駕駛者的距離感（gǎn），這些問題可能更加重要。
采用PWM方（fāng）法來減低（dī）亮度比，而非直流電（diàn）控製，可得到（dào）更大的光暗比例，且色溫不會發生變化，因此用PWM方法（fǎ）減低（dī）亮（liàng）度是較好的方（fāng）法。但是（shì），頻率的選擇也很重要。一般認為頻率為200Hz比較好，因為人眼不會感（gǎn）覺（jiào）200Hz光（guāng）的閃（shǎn）爍，此外較低的頻率可確保處於低於開關式調節器的轉換（huàn）頻率。但是，必須預見到頭燈存在頻閃效應的潛在問題。一種較為（wéi）合適的方法是使用更（gèng）高頻率來調節LED的（de）亮度（dù），從而避（bì）免“偏（piān）擺（bǎi）”效應。此外（wài），必須謹慎選擇電感（gǎn）器，避免汽車內產生可聽到的噪聲。
LED的溫度（dù）傳感也（yě）是需要解決的問（wèn）題。熱（rè）敏電阻（zǔ）器是廣（guǎng）泛使用（yòng）的方法，但使用熱敏電阻器必須十分小心，溫度控製響應應（yīng）設定為LED需要減少的電流所對應的溫度上限。當（dāng）環境溫度降低時，簡單的溫度控製可導致（zhì）LED的電流增加（jiā）。給（gěi）出了LED對環境溫（wēn）度的典型響應要求。
LED的應用範（fàn）圍
在（zài）汽（qì）車應用中，LED主要被用（yòng）來外部與（yǔ）內部照明（míng）。外（wài）部照明設備涉（shè）及熱極限（xiàn）與EMC問題，同時還有卸載負載（zǎi）測試的許多複（fù）雜標準，例（lì）如，電（diàn）壓（yā）是40V、 60V、80V，還是100VLED的驅動電路必須符合汽車（chē）EMC規格的（de）嚴格要求。對於通過、電感開關式調節器驅動（dòng）的（de）LED，符合上述要（yào）求有一定（dìng）難度，所有預防措施將增加總（zǒng）體方案的成本。在外部照明應用領域，頭燈（dēng）、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（jìng），比如儀器|儀表類（lèi）照明燈、踏板照明燈（dēng）、航圖燈、後霧燈、汽車後刹車與指示燈，而（ér）用於顯示汽車“娛樂信息”的平板顯示（shì）屏（píng）/顯示器（qì）件的混色背光照明及氣氛照明將進一（yī）步增加LED的應用。深圳市妻友视频科技有限公司供應日本NOISEKEN汽車EMC測試設備。