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汽车前向照明应用需要高性能LED驱动器

时间:2019-08-15 19:43:56 来源:互联网 阅读:0次

  2012年,高亮度(HB)的市场规模预计将达到120亿美元,到2015年,该市场将增长至202亿美元,年复合增长率达到 0.6%(数据来源:Strategies Unlimited公司),促使LED这种显著增长的关键应用领域之一是LED在汽车设计中的使用。LED在汽车中的应用范围包括前灯、白天行车灯、刹车灯和转向信号灯,仪表板显示及背光照明,还有所有种类的车内照明灯。由于客户都有风格偏好和安全需求,几乎所有新车型都提供LED白天行车灯(DRL)。本田雅阁的大多数201 车型都采用了LED白天行车灯,并在旅行车型和混合动力车型中提供了LED前灯(参见图1)。为了保持这种令人惊叹的增长率,LED不仅必须提供更强的可靠性、更低的功耗和更紧凑的外形尺寸,而且还必须实现可转向前灯、防眩调光等创新设计。此外,在汽车环境中,LED所有这些改进都必须优化,同时还要承受条件相对苛刻的汽车电气和物理环境。不言而喻,这些解决方案还必须提供非常扁平、紧凑的占板面积,同时提高总体性价比。

  尽管几年来,LED已经用在白天行车灯、刹车灯、转向信号灯和内部照明中,但是特定于前灯的应用还相对较新。目前,仅有少数量产车提供了LED前灯,其中包括本田雅阁、奥迪A8和R8、雷克萨斯LS600h和RX450h、丰田普瑞斯、凯迪拉克凯雷德以及保时捷卡宴。有些业界估计数据表明,2012年LED前灯市场大约为10亿美元,预计到2014年,该市场将超过20亿美元,并继续以指数级增长。

  汽车照明系统设计师的挑战之一是:怎样优化一代高亮度LED的所有优势。高亮度LED需要一个准确、高效率的DC电流源,要有调光方法,而且必须提供各种保护功能。此外,这些LED的驱动器IC必须设计为能在多种多样的条件下满足上述要求。因此,电源解决方案必须效率非常高、提供坚固的功能和可靠性,同时又是非常紧凑和经济实惠的。可以说,就驱动高亮度LED而言,要求苛刻的应用就是汽车前灯照明应用,包括白天行车灯和前灯,因为这类应用所处的是严酷的汽车电气环境,必须提供大功率,一般在15W至75W之间,还必须放入空间非常有限的外壳中,在达到所有这一切要求的同时,还要保持富有吸引力的成本结构。

  图1 201 本田雅阁旅行/混合动力车型的LED白天行车灯和前灯

  LED白天行车灯和前灯

  尺寸小、寿命极长、低功耗、更强的调光能力等优势,是高亮度LED白天行车灯和前灯得到广泛采用的催化剂。几家汽车制造商(例如奥迪和梅塞德斯奔驰、以及雷克萨斯和丰田)都用LED设计了非常独特的白天行车灯,让这些白天行车灯成为前灯的 眉毛 或 底线 ,以此彰显品牌的独有魅力。这些应用不仅从设计角度来看非常独特,而且在提供可靠、具成本效益的解决方案时也有一些设计挑战。随着高亮度LED逐步用在近光和远光前灯中,这些挑战也变得愈加显著了。

  大家熟知的是,前灯的主要功能是在夜间或者在不太理想的天气情况下(例如雨天、雪天和雾天)提供前向照明。需要更高的照明度一直是前灯发展的主要驱动力。在上世纪80年代,卤素灯成为业界标准,凭借50W的电功率,这类灯能提供大约1500流明的光,这比其之前的钨丝灯发光量提高了50%。这样的发光量转换成功效(即大家熟知的每瓦光输出)或每瓦提供的光,就是每瓦 0流明( 0lm/W)。在上世纪90年代,高强度放电(HID)氙灯成为主流,因为这类灯能提供80lm/W,从而使制造商能提供更大的总体光输出。不过,氙灯也有缺点,例如:需要准确地调节,以避免使对面的车辆看不清道路;工作寿命相对短,仅为2000小时;使用有毒的水银气体和制造费用昂贵。随着高亮度LED灯的功效持续提高,这类灯已经变得更加理想地适用于前灯应用了。5年前,量产高亮度LED灯提供50lm/W的功效,这还不足以用于前灯应用,不过,目前的LED设计可提供100lm/W光输出,而且估计在接下来的几年内,光输出将超过150lm/W,这甚至超过了的高强度放电灯。LED能提供大致相同的每瓦光输出量,而且还有其他一些优点,包括长寿命、坚固性和环保设计,因此用LED构成新一代前灯变得尤其有吸引力了。

  用LED构成汽车前灯和白天行车灯有很多优势,产生了几种积极影响。首先,LED灯从不需要更换,因为它们的可靠寿命长达10万小时以上(使用年限为11.5年),超过了车辆的寿命。这就允许汽车制造商将LED灯性地嵌入到车身中,而无需为进行更换留出操作余地。LED灯还有助于极大地改变车辆款式,因为LED照明系统不需要高强度放电灯或卤素灯所需的深度或面积。从输入电功率提供光输出(以流明为单位)时,高亮度LED灯还比卤素灯的效率高(而且不久就将超过高强度放电灯)。这有两种积极影响。首先,可以耗费更少的汽车总线电功率,这在电动型汽车和混合动力型汽车中尤其重要,同样重要的是,效率高还可以减少需要在外壳中散出的热量,从而无需任何笨重、昂贵的散热器。,通过在前灯阵列中使用高亮度LED阵列,并以电子方式进行转向以及调光,可以很容易地设计LED阵列,并为很多不同的驱动情况而优化照明。

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