發布日期：2022-07-14 點擊率：55
關鍵特性
1. 可靠性與使用壽命
LED的預期使用壽命為5萬個小時,而鹵鎢燈為2萬個小時,鎢白熾燈為3千個小時。相對于白熾燈,LED的結構堅固,不容易受振動影響,使用過程中光輸出亮度也不會明顯下降。基于多個LED的照明方案還具備“冗余度”好處,即使一個LED出現故障,仍可以繼續使用照明裝置。正確使用LED(特別是正確控制LED的溫度),可有效延長LED的預期壽命。相反,如果溫度過高,LED很容易損壞。LED應用在汽車照明上還牽涉許多法律定義問題。大多數國家對剎車燈或頭燈故障——燈亮或熄滅有明確定義。但對采用多個LED的燈,很難準確定義照明燈是否已經損壞。制造商與立法機構正在定義LED的使用方法。
2. 效率/每瓦流明
與標準的白熾燈相比,LED消耗每單位電能可以產生更多的光輸出。但與鹵素燈相比時,LED的實際光輸出的優勢并不明顯。最新的LED具備出色的流明每瓦數值,但某些數值是在優化條件下取得的,而通常不是在最高輸出條件下獲得的。一般而言,當LED的電流增加時,光輸出量并未呈線性增加。因此,即使LED在電流下輸出x流明,它在電流下也不會輸出2x流明。
3. 響應速度
以剎車燈和方向指示燈管為例,假設車輛時速為125公里/小時,即35米/秒時,白熾燈的熱啟動時間約為250毫秒,而反應迅速的LED可提早約8米距離發出剎車警告,從而有效避免汽車相撞。指示燈也是如此。
4. 方向性
另一個關鍵特性是LED的發光方式。與白熾燈不同,LED只透過一個表面發光,這對頭燈與航圖燈應用有好處,但可能不適合車廂照明燈其它照明應用(圖1)。
圖1:與白熾燈不同,LED發出光具有方向性。
控制LED的方法
1. 電流控制
LED的一個基本問題是,LED是由電流控制的器件,其電壓降相對較低。最簡單的方法是使用電阻限制LED的電流,但該方法并不適合采用額定電壓為12V或24V電池的系統,因為電池的實際電壓是從6V至18V或12V至36V。因此,如果需要保持亮度,就必須進行恒流控制。
2. 電流的線性控制
線性控制指通過線性調節器保持通過LED的電流為常數。線性控制在某些情況下效率很低,例如,正向電壓為的單1A(3W)LED,需要調節器在保持1A電流的同時將的額定12V電源降至,這樣使用3W LED將浪費的功率。線性電流控制是產生噪聲最少的技術,而且從EMC角度看,線性電流控制最安全。
3. 開關式調節器
電感式開關恒流技術雖然產生的電子噪聲較多,但它的效率更高。根據LED的使用數量,可以采用降壓或降/升壓調節器。
4. EMC問題
必須盡量減少輻射與傳導噪聲,將噪聲控制在容許極限內。雖然PWM方法的頻率固定,且相對較容易進行濾波,但由于LED負載較為穩定,如果采取適當措施,磁滯控制器及PFM是合適的選擇。開關式調節器的發展趨勢是頻率將更高,以減少電感/電容的體積。這對汽車應用而言,這總是最佳的解決方案。將頻率保持在較低的水平有助于避免干擾問題。
基頻的“抖動”或“擴展”技術確實有助于符合類似峰值EMC測試要求,但最佳的方法是不產生任何輻射,而任何開關式調節器均難以實現這點。
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輻射熱、傳導熱與熱管理
使用高亮度LED的用戶(特別是汽車制造業)要面臨的關鍵問題與最大挑戰之一,是LED的自熱問題。LED的每瓦流明已取得了很大改進,但事實上LED的多數電能均轉化成傳導熱。LED能產生的適合車廂照明的輻射熱較少,但在寒冷氣候中,頭燈的輻射熱卻能有效地融化透鏡上的雪。因此,熱管理是可靠控制LED的關鍵。
熱管理主要指溫度增加時減少電流。使用高亮度LED的優點是電流變化較大時,眼睛無法察覺到亮度變化。一般而言,電流下降25%,單個LED的亮度變化并不明顯。
但是,LED會隨溫度與電流的變化而改變顏色,這點是否會影響汽車照明應用仍有待探討。LED的頻譜是否適用于照明,在一般夜視效果下是否會影響駕駛者的距離感,這些問題可能更加重要。
采用PWM方法來減低亮度比,而非直流電控制,可得到更大的光暗比例,且色溫不會發生變化,因此用PWM方法減低亮度是較好的方法。但是,頻率的選擇也很重要。一般認為頻率為200Hz比較好,因為人眼不會感覺200Hz光的閃爍,此外較低的頻率可確保處于低于開關式調節器的轉換頻率。但是,必須預見到頭燈存在頻閃效應的潛在問題。一種較為合適的方法是使用更高頻率來調節LED的亮度,從而避免“偏擺”效應。此外,必須謹慎選擇電感器,避免汽車內產生可聽到的噪聲。
LED的溫度傳感也是需要解決的問題。熱敏電阻器是廣泛使用的方法,但使用熱敏電阻器必須十分小心,溫度控制響應應設定為LED需要減少的電流所對應的溫度上限。當環境溫度降低時,簡單的溫度控制可導致LED的電流增加。圖2給出了LED對環境溫度的典型響應要求。
圖2:LED對環境溫度的典型響應要求。
LED的應用范圍
在汽車應用中,LED主要被用來外部與內部照明。外部照明設備涉及熱極限與EMC問題,同時還有卸載負載測試的許多復雜標準,例如,電壓是40V、60V、80V,還是100V LED的驅動電路必須符合汽車EMC規格的嚴格要求。對于通過高效、電感開關式調節器驅動的LED,符合上述要求有一定難度,所有預防措施將增加總體方案的成本。在外部照明應用領域,頭燈、霧燈及指示燈是目標應用。
由于LED所具備的優點,可廣泛使用LED來營造車內舒適環境,比如儀表類照明燈、踏板照明燈、航圖燈、后霧燈、汽車后剎車與指示燈,而用于顯示汽車“娛樂信息”的平板顯示屏的混色背光照明及氣氛照明將進一步增加LED的應用。
Zetex的LED產品
用于簡單開關LED負載的BSP75器件,是具備ESD保護、過熱、負載驟降、過電流與過電壓保護的可靠的FET,適用于對電流高至的LED進行開關。
如果需要同時監控電流(如顯示剎車LED燈簇的故障),Zetex的電流監測器ZXCT1081能適應60V電壓瞬變和125℃工作溫度。針對汽車LED控制,Zetex提供一系列開關式調節器,驅動電流可達1A。ZXLD1350、ZXLD1360與ZXLD1362是磁滯降壓型轉換器,可以驅動1W LED串和3W LED串。這些器件可確保用很少的元器件可靠地控制LED,并可以通過單一引腳,實現關閉、軟啟動或PWM調光及溫度控制等功能。
作者:Colin Davies
全球應用經理
Zetex Semiconductors公司
