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汽车LED大灯驱动技术及厂商盘点

2024-07-15 安定器

  现在大多数车型仍然在使用普通的卤素大灯,好一点的车型会使用氙气大灯。最多是在灯组的构造上做一些创新,利用透镜、反射灯光学原理来提高灯光的效率,但是灯组本身技术创新不足。汽车灯来营造车内环境,用寿命为5万个小时,LED的结构坚固,不容易受振动影响,使用的过程中光输出亮度也不会明显下降。

  LED在汽车外部照明应用中的不断渗透日益取代传统照明解决方案,需要一种更高效、更加稳健、更具成本优势的电子器件和驱动器IC,以使LED的优势在此类应用中得到充分发挥。LED照明系统中的这一重要元件,指出在开发LED外灯驱动电子架构时需要仔细考虑的因素。LED汽车灯适合于汽车电子的各种照明应用,包括大灯(远光灯和近光灯),雾灯,尾灯,刹车灯,转向信号灯,白天行车灯,踏板照明灯,仪表灯,牌照灯,车门灯,车内照明灯,示宽灯,导航,娱乐系统,背光灯及指示灯等。这些特性包括LED散热管理、灵活地驱动不同LED配置以及具有成本优势的系统模块设计等。发光二极管(LED)在汽车领域的应用已超过15年。过去,可提供的色彩和功率水平将LED的应用限制在仪表板、内部灯饰和一些低功耗的尾灯混合照明功能。

  LED灯在这些汽车前部照明应用中得到日益广泛的使用,其根本原因在于:相对于常规白炽灯或高亮度放电(HID)灯,LED灯在款式和设计方面具有独到的优势,近期则更是得益于低功耗这一特性。但是,同样重要的是随着LED技术的持续不断的发展,已能提供更高的功率水平和更宽的色域。目前,在汽车前部照明应用中,LED灯的性能已不亚于白炽灯。

  对于汽车制造商来说,款式上的优势仍然是使用LED灯的根本原因之一。显然,汽车制造商看到了进一步巩固其汽车品牌的机会。已有多种照明设计从LED灯提供的更大设计自由度中受益。较为著名的早期案例包括奥迪A8/A6。不过,关注点正在向LED灯对汽车照明应用带来的其他优势上转移。这中间还包括更低的功耗、更长的常规使用的寿命和更快的启动时间。

  密歇根大学运输研究学院(UMTRI)评估了常规白炽灯和LED解决方案在白天行驶照明功能的能耗水平。他们发现,对于等效功能,LED解决方案的能耗水平要低50%(23W对46W)。这种节省可以直接转换成燃油效率,同时还能使客车的二氧化碳排放量减少50%。

  对于准备开发全电动汽车的汽车制造商来说,这种燃油效率十分重要。而对于消费者来说,一个重要的购买标准是电动汽车在充满电的情况下能行驶的距离。为此,汽车制造商们正在寻找适当的方式,以改善各种功能的能耗水平,来提升汽车的续航能力。LED灯显然具有极大的节能优势,因而日益成为照明设计工程师们的自然选择。

  另一个对LED效率的提升以及LED在汽车照明应用领域的渗透做出了不可磨灭的贡献的主要的因素是LED的照明效率,即每瓦特的流明 (lm/W)。该指标衡量的是LED灯每消耗一瓦特能量所产生的光输出量。该值越高,LED将输入功率转换为光输出的效率就越高。如今的高亮度LED灯能实现100-150lm/W的照明效率,而一只60W白炽灯仅为10-18lm/W。这项指标的改进极大地扩大了LED灯的应用场景范围,并拓展到完全以LED灯为基础的汽车前部照明系统之中。尤其是完全以LED为基础的大灯,这中间还包括远光和近光调整等功能。下一节将介绍在汽车应用中使用LED灯所面临的部分挑战。

  汽车环境为LED带来了巨大的挑战,LED必须能提供稳定的光输出,即使大灯周围的电气条件和散热条件一直在变化,灯光的通量和色点也一定要保持恒定。由于LED的光输出与应用于LED的电流成比例,同时,LED采用的是扩散式生产工艺,因此即使是同一批次的产品,也可能在驱动电流相同的情况下,其光输出存在一定的差异。为了尽最大可能避免这种不利差异,往往根据某些参数来选择LED。通过筛选,能保证同一批次的LED在光输出和色点方面更加一致。

  LED还一定要保证在-40℃至+125℃的环境和温度范围内,光输出达到具体应用的最低法定光通量要求。头灯的光通量要达到1,000流明左右,并能在工作时候的温度范围内提供要求的最低光输出。为了达到这种光通量要求,可能要将数个LED串联或并联起来。将多个高亮度LED灯集合到一起同时对散热管理提出了很高的要求,因为随着LED温度的升高,LED的光输出会一下子就下降,色点会发生偏移。因此,LED在产生这种量级的光的过程中散发的热量一定要通过散热器传导出去。在一些极端情况下,在大多数情况下要降低LED的驱动电流,以避免LED过热和损毁。汽车工业对LED的可靠性同样提出了严格的要求。LED解决方案一定能够达到AEC-Q100标准的严格要求。这就从另一方面代表着,LED及驱动器电子器件一定要通过该标准的认证。

  对于汽车而言,LED光源(不仅限于前大灯)有以下7大优势:1、节能、成本低:LED的发光效率达80%~90%,如果用我们日常的节能灯来打比方,节能灯比白炽灯节能4/5,而LED比节能灯还节能1/4。在汽车上,同样的日间行车灯,LED元件的能耗仅为卤素灯的1/20。LED元件的成本也逐年大幅度降低,并且目前成本和价格仍然在以每年20%以上的幅度下降;

  2、寿命超长:用在汽车上的LED元件基本都能达到50000小时的水平,而知名的汽车灯光供应商已经可提供寿命达100000小时的LED元件,换算一下,相当于11年。在考虑到灯光的使用频率,基本上在整车的设计寿命里,LED元件都不要换掉。相比之下,氙灯的寿命仅为3000小时左右。而且LED让大灯的形状和线条变得更丰富,夜晚的识别度也更高;

  3、耐用性好:LED元件结构相对比较简单,抗冲击能力、抗震性非常好,不易破碎,能够很好地适应任何环境;

  4、LED元件体积小,紧凑便于布置和造型设计:这是LED的一个巨大优势,这一优势充分迎合了汽车厂商在设计上的进化需求,打破过去灯光系统对造型创新的束缚,让我们拥有更具创意的汽车产品;

  5、响应速度快:LED的点亮仅需微秒级别,用在尾灯和转向灯上能够迅速点亮达到更好的警示效果,用在前大灯上,相比氙灯和卤素大灯拥有更高的响应速度,对于行车安全性有更好的保障;

  6、亮度衰减低:LED亮度高,光线亮度衰减远低于卤素灯,适合用作照明及刹车灯、转向灯等警示灯光;

  7、低压直流电即可驱动,负载小,干扰弱,对使用环境要求低,适应性好。不像氙灯那样还需要升压装置。

  随着车用LED市场规模慢慢的变大,新加入的供货商势必慢慢的变多,竞争加剧,而供货商的产品质量参差不齐,势必会影响市场声誉,进而影响最终消费需求。只要LED成本降至与白炽灯同一水平,除经济型轿车以外的轿车都将会大规模地应用LED.毋庸置疑,采用高亮度LED照明将成为未来汽车的主要特征,这归功于LED相对于传统的白炽光照明方案所具有的许多基本优势。此外,采用LED照明也可带动汽车设计技术和设计风格上的变化。然而,正像任何创新技术一样,LED在被大范围的使用在汽车照明之前,仍需要克服许多困难。

  如NXP、安森美、英飞凌、飞兆等都有针对汽车LED大头灯方案,这为汽车厂商提供更节能的选择以满足那群消费的人对燃油经济性的要求、提升能见度安全性以降低或避免交通事故发生率、打造个性化的车辆氛围达至花了钱的人汽车独特的造型期望,未来车照明系统整体年复合增长率几达10%,市场发展的潜在能力巨大。