Vision 2012預(yù)覽:索尼將展示圖像清晰度已提高的高清FCB相機模塊
LED 成為汽車照明選材中的新星
LED 燈的工作原理
LED 是特殊的二極管,是一種通過摻雜等手段形成PN 結(jié)的半導(dǎo)體器件。當(dāng)滿足二極管導(dǎo)通條件時,電流流過LED,以光和熱的形式釋放出能量。LED 是電流控制的電流型元件,其發(fā)光強度主要依據(jù)通過的電流大小,正向?qū)〞r,其壓降非常高,而且本身具有一定的波動范圍。
由于LED 沒有紅外線及紫外線的輻射,其消耗的能量除轉(zhuǎn)換為光能外,幾乎都是熱能,且只能以熱傳導(dǎo)的形式傳出,因此,LED 在工作時,結(jié)溫會逐漸升高。而LED 是具有負(fù)溫度系數(shù)的器件,流過LED 的電流會隨溫度升高而增大,這就形成了正反饋,造成結(jié)溫的進一步升高,如不加控制,就會燒毀LED。LED 的熱學(xué)參數(shù)與PN 結(jié)的結(jié)溫有很大關(guān)系,主波長與溫度的關(guān)系如下式:
mp(Tl) = m0(T0)+ 3Tg #0.1nm/°C
由上式可知,每當(dāng)LED 結(jié)溫升高10℃時,主波長 ( 人眼能夠觀察到的) 就會向長波漂移1nm(1nm=10-9m),導(dǎo)致LED 亮度下降,出現(xiàn)光衰。因此, 個別LED 過熱,就會造成LED 陣列發(fā)光的均勻性變差。
LED 顯著的照明優(yōu)勢
LED 被稱為新光源,原因在于LED 具備點光源與固態(tài)光源的特性,因此具有其它照明光源無法比擬的優(yōu)點。
(1)LED 壽命理論上可達(dá)10 萬小時, 實際壽命也可達(dá)到2 萬小時以上,比一般白炙燈泡的1 000 小時、日光燈具的1 萬小時更具優(yōu)勢,在汽車使用壽命期間一般無須更換。
(2)點亮無延遲,響應(yīng)時間更快。LED 的啟動時間僅為幾十納秒,啟動時間較白熾燈泡大大縮短。
(3)在光線亮度高、自然光線可見度低的情況下,大大降低汽車事故發(fā)生率;基本上無輻射,屬于“綠色光源”。
(4)LED 占用體積小, 結(jié)構(gòu)簡單,高耐震,設(shè)計者可以隨意變換燈具模式,令汽車造型多樣化,滿足不同消費者需求。
(5)LED 光源受電壓變化的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于白熾燈泡,顯示了卓越的安全性和可靠性,同時消耗的能量較同光效的白熾燈減少80%,非常節(jié)能。
基于上述優(yōu)勢,LED 可以在汽車照明中廣泛應(yīng)用,但單個LED 無法滿足汽車照明強度的要求,必須多個串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)成LED 陣列使用
LED 驅(qū)動的設(shè)計及特點
LED 驅(qū)動方式可采用電阻限流、線性穩(wěn)壓器和開關(guān)型變換器3 類。電阻限流方案適用于效率低的應(yīng)用場合,所以對效率要求極高,輸入電壓范圍寬的汽車照明上不采用此方法;線性穩(wěn)壓器適應(yīng)于低電流或LED 正向壓降稍低于電源電壓的場合,但同樣存在效率和輸入電壓范圍小的問題;開關(guān)型變換器具有電路拓?fù)潇`活、效率高和輸入電壓寬的特性。因此,綜合考慮工作效率、安裝尺寸、靜態(tài)電流、工作電壓、噪聲和輸出調(diào)節(jié)等因素后,驅(qū)動電路多采用開關(guān)型變換器。開關(guān)變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為Buck、Boost 及Buck-Boos 等方式。目前來看,LED 應(yīng)用在汽車照明上,其驅(qū)動電源必然是鉛酸蓄電池。
因為蓄電池的輸入電壓范圍會與正常的范圍有很大的出入,因此驅(qū)動電路一般用Buck-Boost 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)滿足LED陣列對電壓要求。此電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直流增益 (輸出電壓與輸入電壓之比)與占空比D(一個開關(guān)周期內(nèi),開通時間與周期的比值)有關(guān)。當(dāng)電池電壓低于LED 所需電壓時,調(diào)節(jié)D > 0.5,使電路處于升壓狀態(tài);當(dāng)電池電壓高于LED 所需電壓時,調(diào)節(jié)D < 0.5,使電路處于降壓狀態(tài)。LED 是電流控制的電流型元件,亮度與流過的電流成正比。如果LED 不是恒流驅(qū)動,通過的電流波動時,即使電壓恒定也會造成LED 的亮度變化。為保證亮度穩(wěn)定可靠,LED 需要恒定的電流來驅(qū)動,而且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,LED 驅(qū)動電路的輸出必須是恒流輸出而非恒壓輸出。
LED 的成本問題
一部車若把照明全部換成LED,內(nèi)、外部大約各需用掉200 ~ 300 顆LED,和其他照明光源相比,成本顯得相當(dāng)高。盡管壽命長的優(yōu)勢能彌補其成本高昂的劣勢,但是從總體上來看,其成本仍大大高于其他光源。這是目前LED性能突出但沒有占據(jù)大量市場份額的主要原因。
但是各國政府對LED 技術(shù)十分重視,每年投入大量資金進行研究,相信這個問題在不遠(yuǎn)的將來必會圓滿解決。
由于LED 成本較高,驅(qū)動技術(shù)比較復(fù)雜,現(xiàn)在還沒有全面廣泛地進入汽車市場。我國已經(jīng)規(guī)定,凡是上高速公路的汽車必須裝設(shè)LED 霧燈。未來,隨著LED 價格逐漸下降,其車燈模塊必將逐步使用高亮度LED 作為光源。自從奧迪第一款加裝LED 前燈的車型R8 上市以來,國際上如凱迪拉克、寶馬、豐田、奔馳和福特等知名汽車公司都紛紛推出配有五彩繽紛的LED 燈具的新款轎車以吸引顧客。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,LED 必將在未來幾年內(nèi)廣泛應(yīng)用在汽車市場。整體看,汽車用燈LED化是車燈發(fā)展的一個大趨勢,必將是汽車照明系統(tǒng)發(fā)展史上的一次飛躍。