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汽車前向照明為何需要高性能LED驅(qū)動器

作者: 時間:2013-09-30 來源:網(wǎng)絡 收藏

背景

  2012 年,高亮度 (HB) 的市場規(guī)模預計將達到 120 億美元,到 2015 年,該市場將增長至 202 億美元,年復合增長率達到 30.6% (數(shù)據(jù)來源:Strategies Unlimited公司)。促使 這種顯著增長的關鍵應用領域之一是 在汽車設計中的使用。LED 在汽車中的應用范圍包括前燈、白天行車燈、剎車燈和轉(zhuǎn)向信號燈,儀表板顯示及背光,還有所有種類的車內(nèi)燈。由于客戶都有風格偏好和安全需求,幾乎所有新車型都提供 LED 白天行車燈 (DRL)。本田雅閣的大多數(shù) 2013 車型都采用了 LED 白天行車燈,并在旅行車型和混合動力車型中提供了 LED 前燈 (參見圖 1)。為了保持這種令人驚嘆的增長率,LED 不僅必須提供更強的可靠性、更低的功耗和更緊湊的外形尺寸,而且還必須實現(xiàn)可轉(zhuǎn)向前燈、防眩調(diào)光等創(chuàng)新設計。此外,在汽車環(huán)境中,LED 所有這些改進都必須優(yōu)化,同時還要承受條件相對苛刻的汽車電氣和物理環(huán)境。不言而喻,這些解決方案還必須提供非常扁平、緊湊的占板面積,同時提高總體性價比。

  盡管幾年來,LED 已經(jīng)用在白天行車燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向信號燈和內(nèi)部中,但是特定于前燈的應用還相對較新。目前,僅有少數(shù)量產(chǎn)車提供了 LED 前燈,其中包括本田雅閣、奧迪A8 和 R8、雷克薩斯 LS600h 和 RX450h、豐田普瑞斯、凱迪拉克凱雷德以及保時捷卡宴。有些業(yè)界估計數(shù)據(jù)表明,2012 年 LED 前燈市場大約為 10 億美元,預計到 2014 年,該市場將超過 20 億美元,并繼續(xù)以指數(shù)級增長。

  汽車照明系統(tǒng)設計師最大的挑戰(zhàn)之一是:怎樣優(yōu)化最新一代高亮度 LED 的所有優(yōu)勢。高亮度 LED 需要一個準確、高效率的 DC 電流源,要有調(diào)光方法,而且必須提供各種保護功能。此外,這些 LED 的 IC 必須設計為能在多種多樣的條件下滿足上述要求。因此,電源解決方案必須效率非常高、提供堅固的功能和可靠性,同時又是非常緊湊和經(jīng)濟實惠的??梢哉f,就驅(qū)動高亮度 LED 而言,要求最苛刻的應用就是汽車前燈照明應用,包括白天行車燈和前燈,因為這類應用所處的是嚴酷的汽車電氣環(huán)境,必須提供大功率,一般在 15W 至 75W 之間,還必須放入空間非常有限的外殼中,在達到所有這一切要求的同時,還要保持富有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。

  汽車前向照明為何需要高性能LED驅(qū)動器

  圖 1:2013 本田雅閣旅行/混合動力車型的 LED 白天行車燈和前燈

  LED 白天行車燈和前燈

  尺寸小、壽命極長、低功耗、更強的調(diào)光能力等優(yōu)勢,是高亮度 LED 白天行車燈和前燈得到廣泛采用的催化劑。幾家汽車制造商 (例如奧迪和梅塞德斯奔馳、以及雷克薩斯和豐田) 都用 LED 設計了非常獨特的白天行車燈,讓這些白天行車燈成為前燈的“眉毛”或“底線”,以此彰顯品牌的獨有魅力。這些應用不僅從設計角度來看非常獨特,而且在提供可靠、具成本效益的解決方案時也有一些設計挑戰(zhàn)。隨著高亮度 LED 逐步用在近光和遠光前燈中,這些挑戰(zhàn)也變得愈加顯著了。

  大家熟知的是,前燈的主要功能是在夜間或者在不太理想的天氣情況下 (例如雨天、雪天和霧天) 提供前向照明。需要更高的照明度一直是前燈發(fā)展的主要驅(qū)動力。在上世紀 80 年代,鹵素燈成為業(yè)界標準,憑借 50W 的電功率,這類燈能提供大約 1500 流明的光,這比其之前的鎢絲燈發(fā)光量提高了 50%。這樣的發(fā)光量轉(zhuǎn)換成功效 (即大家熟知的每瓦光輸出) 或每瓦提供的光,就是每瓦 30 流明 (30lm/W)。在上世紀 90 年代,高強度放電 (HID) 氙燈成為主流,因為這類燈能提供 80lm/W,從而使制造商能提供更大的總體光輸出。不過,氙燈也有缺點,例如:需要準確地調(diào)節(jié),以避免使對面的車輛看不清道路;工作壽命相對短,僅為 2000 小時;使用有毒的水銀氣體和制造費用昂貴。隨著高亮度 LED 燈的功效持續(xù)提高,這類燈已經(jīng)變得更加理想地適用于前燈應用了。5 年前,量產(chǎn)高亮度 LED 燈提供 50lm/W 的功效,這還不足以用于前燈應用,不過,目前的 LED 設計可提供 100lm/W 光輸出,而且估計在接下來的幾年內(nèi),光輸出將超過 150lm/W,這甚至超過了最好的高強度放電燈。LED 能提供大致相同的每瓦光輸出量,而且還有其他一些優(yōu)點,包括長壽命、堅固性和環(huán)保設計,因此用 LED 構(gòu)成新一代前燈變得尤其有吸引力了。

  用 LED 構(gòu)成汽車前燈和白天行車燈有很多優(yōu)勢,產(chǎn)生了幾種積極影響。首先,LED 燈從不需要更換,因為它們的可靠壽命長達 10 萬小時以上 (使用年限為 11.5 年),超過了車輛的壽命。這就允許汽車制造商將 LED 燈永久性地嵌入到車身中,而無需為進行更換留出操作余地。LED 燈還有助于極大地改變車輛款式,因為 LED 照明系統(tǒng)不需要高強度放電燈或鹵素燈所需的深度或面積。從輸入電功率提供光輸出 (以流明為單位) 時,高亮度 LED 燈還比鹵素燈的效率高 (而且不久就將超過高強度放電燈)。這有兩種積極影響。首先,可以耗費更少的汽車總線電功率,這在電動型汽車和混合動力型汽車中尤其重要,同樣重要的是,效率高還可以減少需要在外殼中散出的熱量,從而無需任何笨重、昂貴的散熱器。最后,通過在前燈陣列中使


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