【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 將 導(dǎo)致 LED 半導(dǎo)體溫度過(guò)高，很容易損壞；同時(shí) LED 車燈的流明并沒(méi)有隨電流同 比 增長(zhǎng)，即用電多也不一定會(huì)亮得更明顯；而 LED 發(fā)光具有明顯的方向性，照射廣 角度 不夠；外界環(huán)境溫度對(duì) LED 燈的影響同樣巨大，所以對(duì)它的熱管理是最根本需要解決的問(wèn)題，這涉及對(duì)電流元器件，尤其是熱敏電阻器的控制與管理，電流的線性控制是 LED 能否正常并安全工作的關(guān)鍵。 LED 會(huì)隨溫度與電流的變化而改變顏色，可能影響夜視效果和距離判斷； 電流頻率甚至可能導(dǎo)致光線頻繁閃爍。同時(shí)，大部分國(guó)家LED 在汽車照明領(lǐng)域的應(yīng)用與電路設(shè)計(jì) 8 與汽車照明相關(guān)的法律對(duì) LED 車燈并沒(méi)有太多的支持，也限制了它的發(fā)展。 小 結(jié) 作為一種出現(xiàn)時(shí)間最晚的照明技術(shù)， LED 的優(yōu)點(diǎn)不僅體現(xiàn)在發(fā)光質(zhì)量方面，更在生產(chǎn)、制造、易用性等各方面都要大大超越白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源。 現(xiàn)在 的 LED 發(fā)展非?？?， 光效在不斷地提高 ， 在這個(gè)前提下 ， 汽車用 LED 燈將會(huì)越來(lái)越普遍 ， 其低能耗、小型化、無(wú)需維護(hù)和設(shè)計(jì)上自由度較大等優(yōu)點(diǎn)是讓人很期待的。 LED 在汽車照明領(lǐng)域的應(yīng)用與電路設(shè)計(jì) 9 3 LED 在汽車照明領(lǐng)域的應(yīng)用 引言 最近幾年 ， 燃料費(fèi)的變化讓汽車都力求低能耗 ， 這就使得汽車上的 LED 應(yīng)用越來(lái)越多 ， 并有取代汽車密封式前大燈和其他汽車用白熾燈的趨勢(shì)。 圖 31標(biāo)示了汽車中 LED燈具的主要安裝位置。 本章節(jié)就是對(duì) LED 在汽車上的應(yīng)用所作的介紹。 31 汽車中主要 LED 燈具的安裝位置 車燈 分類與基本要求 汽車燈具總成的基本組成部分是燈光組，燈光組包括三部分：光源 （ 燈泡 ） 、反射鏡及透光鏡。 汽車燈具以其功能不同可分為兩大類：照明燈具和信號(hào)燈具。 照明燈具包括：前照燈 （ 近光燈和遠(yuǎn)光燈 ） 、前霧燈、倒車燈、側(cè)照燈等； 信號(hào)燈具包括：位置燈、示廊燈、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、制動(dòng)燈、后 霧燈、牌照燈以及回復(fù)反射器等。 其中，前霧燈和倒車燈既是照明燈也是信號(hào)燈。 1. 前照燈 前照燈即俗稱的前大燈，以其裝用的光源不同，可分為氣燈 （ 氣體放電燈 ） 及電燈。電燈又分為白熾燈和鹵鎢燈。目前，我國(guó)主要使用的白熾燈泡，前照燈包括近光燈及遠(yuǎn)光燈。近光燈是當(dāng)車輛前方有其它道路使用者時(shí)，不致使對(duì)方炫目或不舒適感所使用的近距離照明燈具，即會(huì)車時(shí)使用的燈；遠(yuǎn)光燈是當(dāng)車輛前言無(wú)其它道路使用者時(shí)所使用的遠(yuǎn)距離照明燈具。 從前照燈的型號(hào)來(lái)看，照明燈 （ 前大燈 ） 大致分四種 :H H H H7 等型號(hào)。LED 在汽車照明領(lǐng)域的應(yīng)用與電路設(shè)計(jì) 10 日本車的車燈型號(hào) 大多為 H4；歐洲車的車燈型號(hào)是 H H H D2S/R；美國(guó)車的車燈型號(hào)則為 HB3（ 9003） 、 HB4（ 9004） 、 HB5（ 9005） 。 2. 前霧燈 主要是用于改善在霧、雪、雨或塵埃情況下道路照明的燈具。為防止迎面車輛駕駛員的炫目，前霧燈光束在地面的投射距離相對(duì)近光光束來(lái)說(shuō)要近。 3. 其它燈具 位置燈，即一般所說(shuō)的小燈，它主要是表明車輛存在和寬度的燈；制動(dòng)燈即剎車燈，從車輛后方觀察，表明車輛正在制動(dòng)的燈具。目前，要求安裝的后霧燈，它主要是在大霧情況下，從車輛后方觀察，使得車輛更為易見(jiàn)的燈具。由于它 的穿透力強(qiáng)，可經(jīng)在很大程度上，減小不良天氣情況下汽車的追尾事故，預(yù)防交通事故的發(fā)生。 LED 在汽車低照度照明中的應(yīng)用 LED 在汽車低照度照明系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是儀表板背光照明、操作開(kāi)關(guān)、閱讀燈、示寬燈、牌照燈等，這是汽車制造商最早將 LED 應(yīng)用于汽車，同時(shí)也是目前 LED 在汽車中應(yīng)用最多的部分。 汽車內(nèi)部的顯示，如儀表盤(pán)，過(guò)去主要采用白熾燈或真空熒光 （ VF） 來(lái)提供背光，后來(lái)出現(xiàn)了用 CCFL 作為背光源的顯示板。隨著 LED 技術(shù)的不斷進(jìn)步， LED 已經(jīng)取代傳統(tǒng)光源組合到背光照明中。從儀表盤(pán)到整個(gè)娛樂(lè)、導(dǎo)航、行程計(jì) 算及信息中心控制顯示等等， LED 幾乎無(wú)處不在。 LED 用于背光照明主要有以下三種方式： （ 1） 最簡(jiǎn)單的方式是把 LED 直接安裝在 LCD 散射膜的后面，可使用許多封裝的LED，也可采用未封裝的管芯。 （ 2） 另一種方式是將 LED 發(fā)出的光導(dǎo)入光纖束中，在光纖束的散射膜后面構(gòu)成一個(gè)平坦的薄片，可以不同的方式將光從薄片中取出作為 LCD 的背光照明。 （ 3） 還有一種方式是邊緣光 LCD 背光照明，用一個(gè)透明或半透明的矩形塑料塊作為導(dǎo)光體，將其直接安裝在 LCD 散射膜后面，塑料塊的后表面涂有白色反光材料， LED光從塑料塊的一個(gè)側(cè)邊射入 ，其余側(cè)邊或白色反光材料。 當(dāng)多個(gè) LED 一同用于汽車儀表盤(pán)照明或娛樂(lè)系統(tǒng)控制時(shí)，顏色和亮度的一致性就顯得特別重要，被照區(qū)域的亮度需要均勻一致，不應(yīng)有任何陰影。 LED 在汽車內(nèi)部的照明主要包括一般照明用頂燈、閱讀燈、 門(mén)鎖燈等等。其達(dá)到的目的是提供放松和友好的和諧氣氛，以減輕駕駛員的疲勞，改善和提高舒適程度，幫助駕駛員能得到大量可讀和清晰的信息 。 LED 在汽車高照度照明中的應(yīng)用 （ 1） LED 在汽車信號(hào)燈中的應(yīng)用 汽車信號(hào)燈主要指剎車燈、方向燈和尾燈，對(duì)其照度和顏色都有明確的規(guī)定。在上LED 在汽車照明領(lǐng)域的應(yīng)用與電路設(shè)計(jì) 11 個(gè)世紀(jì) 80 年代中期， LED 開(kāi)始進(jìn)入到汽車產(chǎn)業(yè)。我國(guó)第一個(gè) LED 車燈是桑塔納 2021型轎車的高位制動(dòng)燈，它由上海汽車電子工程中心和上海小系車燈有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，并于 2021 年通過(guò)上海大眾汽車公司認(rèn)證而投產(chǎn)。迄今為止， LED 在汽車上的應(yīng)用除了儀表 LCD 面板背光照明外，最流行的當(dāng)屬中央高位剎車燈，目前已有 80％以上的歐系和日系汽車安裝了 LED 中央高位剎車燈。 在 早幾年的 2021 年北京車展上，法國(guó)富奧公司展示了用 4 個(gè) LED 做成的高位剎車燈，還有用一個(gè) LED 燈來(lái)實(shí)現(xiàn)所有尾部信號(hào)燈功能，包括停車燈、后小燈、轉(zhuǎn)彎指示燈、霧燈和倒車指示燈等。 到 2021 年，絕大部分汽車尾燈照明將采用 LED，包括 剎車燈、 倒車燈和牌照燈在內(nèi)。 2021 型凱迪拉克和 S 級(jí)奔馳車上，后燈 （ 尾燈、剎車燈和轉(zhuǎn)向燈 ） 全部使用了 LED。新奧迪 A8 轎車側(cè)面轉(zhuǎn)向燈、行車燈、剎車燈和轉(zhuǎn)向燈等，也全部使用了 LED。目前國(guó)際上新款式高檔轎車，如凱迪拉克、寶馬、豐田、奔馳和福特等，都裝配了五彩繽紛 LED 燈具。 （ 2） LED 在汽車前照燈中的應(yīng)用初見(jiàn)端倪 前照燈是汽車在夜 間 行駛時(shí)照明前方道路的燈具，是保障汽車安全運(yùn)行的重要部件之一。前照燈的照明距離越遠(yuǎn)，配光性越好，汽車行駛的安全性能也就越高。汽車 前照燈發(fā)出遠(yuǎn)光和近光兩種光束，其中遠(yuǎn)光在無(wú)對(duì)方來(lái)車的道路上，汽車以較高速度行駛。遠(yuǎn)光應(yīng)保證在車前 100m 或更遠(yuǎn)的路面上得到明亮而均勻的照明。 在全部車 LED 燈具中，最難也 可能 是最后投入使用的則是車頭 的 前照燈。目前 LED前照燈都 只是 用在一些車展上的概念車上。 自 2021 年以來(lái)，有 15 家汽車制造廠在相關(guān)車展上展出了采用 LED 頭燈的概念車。在北美一次國(guó)際車展上登場(chǎng)的福特概念車中，其中一輛則采用了 LED 頭燈。日本小系等公司也有樣燈展出。 2021 款林肯 Aviator 等車型同樣采用全新的照明系統(tǒng)，其中包括LED 前照燈。 Lexus 公司在 2021 年推出一款 2021LSGoohL 混合動(dòng)力豪華汽車量產(chǎn)車，其前照燈采用了 LED 設(shè)計(jì)。日本豐田于 2021 年在凌志 600H 車型上開(kāi)始安裝 LED 車頭前照燈，德國(guó)大眾計(jì)劃于 2021 年在奧迪 R8 車型上安裝 LED 前照燈。從目前的情況來(lái)看， LED 前照燈還處在研發(fā)階段，預(yù)計(jì)在 10 年之內(nèi)將會(huì)在普通轎車上比較普遍地被采用。 LED 這種新光源，對(duì)于汽車前照燈的形狀和排列有著較大的靈活性。利用 LED 體積小這一優(yōu)勢(shì)，可以大幅縮小前照燈整組燈具的體積，讓出一些寶貴的空間給其它相關(guān)裝置?，F(xiàn)有的鹵鎢燈或 HID 燈燈具總 長(zhǎng)約 30cm，而許多概念車上的 LED 燈具只有，而且可以在造型上突破傳統(tǒng)燈具的圓形設(shè)計(jì)。由于 LED 采用模塊化設(shè)計(jì)，從造型上看，前照燈設(shè)計(jì)給人們以全新的視覺(jué)沖擊。使用 LED 作為前照燈，不僅顏色識(shí)別性比鹵鎢燈等老式燈高，而且由于老式燈只有一個(gè)光源，難以擴(kuò)大照明區(qū)域，而 LED燈具有多個(gè)光源，由此可使照明區(qū)域廣度擴(kuò)大 [4]。 LED 在汽車照明領(lǐng)域的應(yīng)用與電路設(shè)計(jì) 12 小結(jié) 整體看 ， 汽車用燈 LED化是一個(gè)非常廣闊的市場(chǎng)。但由于汽車領(lǐng)域的準(zhǔn)人門(mén)檻較高 ，所以汽車用 LED現(xiàn)在還沒(méi)有全面廣泛的進(jìn)入市場(chǎng) ， 相信隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展 ， 汽車用 LED燈將在 未來(lái)幾年廣泛的應(yīng)用在汽車市場(chǎng)。 LED化是車燈發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì) ， 其必將是汽車照明系統(tǒng)發(fā)展史上的一次飛躍。 LED 在汽車照明領(lǐng)域的應(yīng)用與電路設(shè)計(jì) 13 4 LED 車用光源設(shè)計(jì)分析 引 言 汽車上的燈光系統(tǒng)不但讓駕駛者能實(shí)際了解車子的狀況，更提供了安全駕駛過(guò)程中所必須兼具的條件。新一代的 LED 光源，已進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用于汽車 的外部和內(nèi)部 ，并根據(jù)各個(gè)應(yīng)用面不同需求，出現(xiàn)多種 LED 產(chǎn)品?；旧希捎?LED 與傳統(tǒng)的光源除了在外型上的差異之外，光形與效能輸出也有很大的差異，因此，要將 LED 完善地應(yīng)用在汽車燈上，包括光學(xué)設(shè)計(jì)與散熱設(shè)計(jì)等，將與傳統(tǒng)汽車燈具的設(shè)計(jì)概 念有所不同。一旦汽車能與 LED 成功地進(jìn)行整合，并克服技術(shù)門(mén)檻，將可為汽車設(shè)計(jì)開(kāi)創(chuàng)出嶄新的天地。 車 用 LED 封裝技術(shù) 不同的 LED 元件 有著 不同的應(yīng)用途徑及環(huán)境范圍，因此封裝方式也有其差異 。 倘若 LED 的芯片及封裝技術(shù)能夠進(jìn)一步提升，產(chǎn)品亮度更可提高一倍。 隨著 應(yīng)用層次的不同，汽車制造廠必須要選擇不同 LED 光源與封裝技術(shù)，才能面對(duì)車上各個(gè)不同的環(huán)境要求。一般來(lái)說(shuō)， LED 在汽車工業(yè)方面的應(yīng)用，乃是根據(jù)亮度的差異，將其簡(jiǎn)單歸類為指示燈、投射光源用與照明光源等三種不同類型的需求，說(shuō)明如下。 指示燈的應(yīng)用 ——由于此 范圍所使用的 LED 光源流明值需求不高，其消耗功率也較低 （ 約為 70～ 200mW） ，所生成的熱源對(duì)封裝體的影響較小，所以許多廠商在設(shè)計(jì)封裝時(shí)，往往會(huì)忽視掉熱源可能會(huì)導(dǎo)致的后果，因此，大部分是采用樹(shù)脂類的材料直接將 LED 整個(gè)包覆起來(lái)，再進(jìn)行封裝的動(dòng)作，也因?yàn)闃?shù)脂類的材料對(duì)于熱的傳導(dǎo)系數(shù)較低 （ W／ K） ，容易產(chǎn)生散熱不佳的情況，使得 LED 元件與散熱系統(tǒng)之間的界面熱阻系數(shù)會(huì)因此而提高。 車內(nèi)照明光源應(yīng)用 ——除了上述所應(yīng)用車內(nèi)指示燈源之外，還可用于亮度要求較高的車內(nèi)照明、霧燈與前后方向指示燈。因?yàn)榱炼刃枨筇岣?，其封裝功率 也必須相對(duì)提升。不過(guò)，如此一來(lái)， LED 很容易就會(huì)因?yàn)楣β试黾佣绊懙缴?的 問(wèn)題，因而不得不將散熱問(wèn)題納入考慮的重點(diǎn)。 在封裝設(shè)計(jì)上，除了可以使用樹(shù)脂類的材料封裝外，還可以設(shè)計(jì) 成金屬塊襯底 能在第一時(shí)間便將 LED 所產(chǎn)生的熱源導(dǎo)出，以便維持 LED 的發(fā)光效率與熱阻問(wèn)題。 汽車投射燈源 的 應(yīng)用 ——這是目前在 LED在汽車應(yīng)用上封裝亮度要求最高的一種，以前照明系統(tǒng)為主，包含了霧燈、近光燈、遠(yuǎn)光燈，單個(gè)體的封裝必須達(dá)到 4W 以上，而熱阻則必須小于 5K／ W，才能在高溫的環(huán)境下，正常維持 LED 主體的散熱能力，保持 LED 光源的輸出效率在規(guī)定范圍內(nèi) [5]。 LED 在汽車照明領(lǐng)域的應(yīng)用與電路設(shè)計(jì) 14 車 用 LED 燈光亮度要求 基本上，以流明亮度的需求來(lái)看，一般在汽車內(nèi)部所使用的照明設(shè)備大約需要 80流明的亮度，大多采用表面安裝 （ Surface Mount Technology； SMT） 的封裝方式，單體封裝約為 2 流明輸出之多，其發(fā)光效率則可以達(dá)到 15～ 201m／ W 之間。其次，車用的高位剎車燈則約略需要 30 流明的亮度，一般采用直徑 5mm 的炮彈型 （ Lamp） 封裝技術(shù)，借以加強(qiáng)設(shè)計(jì)光照角度及強(qiáng)度，再通過(guò)樹(shù)脂透鏡安裝在發(fā)光元件上，而達(dá)到對(duì)光的調(diào)節(jié)，其單體封裝亮度約 4 流明 ，發(fā)光效率則可達(dá) 20～ 401m／ W。 汽車尾燈對(duì)于亮度的要求，約在 300～ 500 流明之間，一般采用 1W 的 SMT 封裝技術(shù)，單體封裝亮度約10～ 20 流明，效率可達(dá) 15～ 401m／ W。受限于發(fā)光亮度不足，在過(guò)去， LED 大多是作為車內(nèi)指示燈或是儀表照明用途，而近幾年才開(kāi)始運(yùn)用在高位剎車燈、尾燈、方向輔助燈等。 以上是安裝在汽車上實(shí)際作為車體的光源量測(cè)數(shù)據(jù)，而目前 LED 廠與車廠正積極合作，試著將 LED 導(dǎo)入前照系統(tǒng) （ 頭燈、霧燈 ） 中，其中車廠對(duì)于頭燈的亮度需求約2021 流明的白光， LED 廠目前則應(yīng)用高瓦數(shù)的 SMT LED 封裝架構(gòu)，每單體封裝可輸出 100～ 200 流明，效率預(yù)期提高至 50～ 1001m／ W。 車用 LED 光學(xué)設(shè)計(jì) 光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)先考慮法規(guī)需求，討論視角與強(qiáng)度關(guān)系，以近燈為例，須針對(duì)其特殊的15 度仰角設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的燈具設(shè)計(jì)上是由先期的利用反射罩配合透鏡刻紋作角度與強(qiáng)度的控制，演變成為利用反射罩直接控制強(qiáng)度角度，也發(fā)展出利用成像方式的魚(yú)眼透鏡設(shè)計(jì)法。不論何種的設(shè)計(jì)方式都須先考慮選用光源的特性，特別是角度與強(qiáng)度的光型輸出，對(duì)傳統(tǒng)的光源而言，大多為柱狀光源，可產(chǎn)生類似蝴蝶外型的光型輸出，進(jìn)而發(fā)展出來(lái)與之搭