广泛应用于未来一代汽车的高亮LED照明方案

     毋庸置疑，高亮 LED 将成为未来一代汽车的主要特征。这是由于 LED 相对于传统的白炽光照明方案，具备许多重要优势。同时，采用 LED 也可带动技术上，甚至汽车设计风格上的变化。但是，正如任何革新技术，LED 在广泛运用于汽车照明前，仍有许多困难需要克服。

可靠性与持久性

    LED 的相对预期寿命为 5 万小时，而卤素钨灯为 2 万小时，卤素白炽灯为 3 千小时。相对于白炽灯，LED 的坚固结构更不容易被振动影响，使用过程中光输出透亮度也不会明显下降。采用多 LED 照明方案，具备“冗余零件”的附带优点，即使一盏 LED 出现故障，照明装置仍可继续运行。正确使用 LED(特别是正确控制 LED 的温度)，可有效延长 LED 的预期寿命。相反使用温度过高，LED 将很容易损坏。 应用在汽车照明上，牵涉许多法律定义问题。多数国家已明确定义刹车灯或头灯故障—灯亮着或熄灭。对于多 LED 照明灯，很难准确定义照明灯是否已经损坏。生产商与立法机构正在定义 LED 的使用方法。

图1 LED灯的方向

功效/每瓦流明

    与标准白炽灯泡相比，LED 的每单位电能具备较高的光输出。但是，与卤素灯相比时，实际光输出的优势并不明显。最新型的 LED 具备出色的每瓦流明数值，但某些数值是在优化条件下取得，且通常并非在高的输出条件下得出。一般而言，当 LED 的电流增加时，光输出量并未呈线性增加。因此，即使 LED 在 0.5A电量时产生 X 流明，在 1.0A电量时也不会产生 2 X 流明。

图2 Incandescent白织灯

响应速度

    例如，对于刹车与方向指示灯管，车辆时速为 125 公里，即 35 米/秒时，白炽灯泡的热启动时间约为 250 毫秒。具备即时反应的LED 可提早约 8 米距离发出刹车警告，从而有效避免汽车相撞。指示灯也是如此。

方向性

    LED的发光方式，是呈单点的特性。与白炽灯不同，LED只透过单表面发光。这比较适合头灯与航图灯使用，但对于其他照明应用(如车厢照明)使用LED将可能出现问题。

控制 LED 的方法

电流控制

    LED 是具备相对较低电压降的电流控制装置，这是需要解决的主要问题。最简单的方法是使用电阻器，限制 LED 的电流。但该方法并不适用于额定 12V或 24V电池系统，因为实际电压是从6V至 18V 或 12V 至 36V。因此，如果需要保持照明度，必须进行恒流控制。

电流线性控制

    线性控制指透过线性恒流器，保持 LED 的电流稳定。线性控制在某些情况下效率较低，例如，具备 3.5 V正向电压的单1A (3W) LED，需要稳流器将 1A 的额定 12V 电源降低 8.5V，使用 3W LED 将浪费 8.5W 的功率!线性电流控制是噪音最低的电子技术，且从 EMC角度看，线性电流控制是最安全的电流控制方法。

开关式稳流器

    电感式开关恒流技术虽然产生较高的电子噪音，但却是更高效率的解决方案，根据 LED 的使用数量，可以采用降压或降压/升压技术。

LED在汽车领域应用所面临的挑战

EMC 问题

    必须尽量减少辐射与传导噪音，将噪音控制在容许极限内。PWM (脉宽调制)技术提供固定频率，并相对较容易进行过滤。但是，LED 负载较为稳定，因此，如果采取适当措施，则滞环(“bang bang”)控制器及PFM(脉冲频率调制)是合适的选择。有趋势将开关式恒流器的频率提升，以减少电感器/电容器的体积，对于汽车应用，这并不是最佳的解决方案。将频率保持于较低水平，有助于避免干扰问题。

    基础频率的“抖动”，或“扩展频谱”技术，确实有助于符合准峰值 EMC 测试。但是，最佳的方法是不产生任何辐射，而任何开关式恒流器均难于达到此要求。

热辐射、热传导与热量管理

    使用高亮 LED 的用户(特别是汽车制造业)，所面临的关键问题与最大难题之一，是LED 的自热问题。LED 的每瓦流明已取得了很大改进，但事实是 LED 的多数电能均被转化为传导热。LED 具备辐射热较低的优点，适合用于车厢照明。相反，在寒冷气候中，头灯的辐射热却可有效融化透镜上的雪。因此，热量管理是有效控制 LED 的关键。

    热量控制主要指温度增加时减少电流。使用高亮 LED 的优点，是电流变化较大时，眼睛无法察觉到亮度的变化。一般来说，电流下降 25% 时，单 LED 的亮度变化并不明显。但是，LED 会随温度与电流的变化而改变颜色特征，这点是否会影响汽车照明应用仍有待探讨。LED 的频谱是否适用于照明，在一般夜视效果下是否会影响驾驶者的距离感，这些问题可能更为重要。

    采用PWM方法来减低亮度比，而非直流电控制，可得到更大的光暗比例且色温不会发生变化，所以 PWM 减低亮度是较好方法。但是，频率的选择也很重要。一般认为 200Hz 是不错的选择，因为 200Hz 超出了人眼的闪动感觉。同时，较低的频率可确保处于开关式恒流器的转换频率之下。但是，必须预见到头灯存在频闪效应的潜在问题。较为合适的方法，是使用更高频率来调节 LED 的亮度，从而避免“偏摆”效应。同时，必须谨慎选择电感器，避免汽车内产生声频噪音。

温度感测

    LED 的温度感测也是需要解决的问题，广泛采用的方法是热敏电阻器。使用热敏电阻器必须十分小心，温度控制响应应设定为 LED 需要电流减少温度的上限响应。当环境温度降低时，简单的温度控制可导致 LED 的电流增加。

图3  LED的典型响应要求

LED 的使用范围

LED 主要应用于两个领域：外部与内部照明。

    外部设备涉及热量极限与大量 EMC 问题。同时还有突卸负荷测试的许多复杂标准。驱动LED 必须符合汽车 EMC 规格的严格要求。对于通过高效、电感开关式恒流器驱动的 LED，符合上述要求将有一定难度，所有预防措施将增加总体方案的成本，在此类应用领域，头灯、雾灯及指示灯是目标应用。由于 LED 所具备的优点，营造车内舒适环境时可广泛使用 LED。仪表组照明、踏板照明灯、航图灯、后雾灯、汽车后部的刹车与指示灯，用于显示汽车“娱乐信息”的平面屏幕显示的混色背光照明及气氛照明，无疑将增加 LED 的应用。

Zetex 的 LED 产品

    用于简单开关 LED 负荷的 BSP75 装置，是“坚固耐用”，并具备 ESD额定规格及过温过电流与过电压保护装置的FET。该装置适用于引擎室内开关达至 1.2A 的 LED。

    如果需要同时监控电流(如显示一系列刹车 LED 照明装置故障)，那么Zetex的电流监测器ZXCT1081 将适合用于 125oC 及 60V 浪涌电压。

    对于车内 LED 控制，Zetex 生产的一系列开关式恒流器， 驱动电流可达1A。ZXLD1350，1360 与 1362 是一系列降压变流器，可驱动串连的 1W 及 3W LED。此类装置采用简单方法，可确保 LED 控制方法的可靠性，并降低零件数，同时透过一支多功能脚，实现关闭、软启动 ，DC或PWM 调光及温度控制等功能。