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发光二极管(LED)在汽车灯具上的应用

2017-05-13 04:34:59本网

  0刖目随着汽车工业的发展,汽车灯具(如无特别说明,本文所指汽车灯具专指汽车外部的照明灯和光信号灯)也正发生着曰新月异的变化,如今,LED作为最新一代的汽车光源,因具有许多传统光源无法比拟的优点而深受青睐。

  LED的基本原理(light-emittingdiode)发光二级管是由半导体材料制成,其核心是PN结,它具有一般PN结的特性,即正向导通,反向截止、击穿特性,此外,在一定条件下,它还具有发光特性。它不像传统灯丝灯泡那样通过热能使灯丝升温发光,而是由电能直接转换为光,因此是冷光源。

  LED发出的光峰值波长X与发光区域的半导体材料禁带竞度五g有关。1240/(ran),五g的单位为电子伏特(eV)若想产生可见光(波长在380nm 6~780nm红光),半导戌槲的五g应在3间。

  LED的优点最近几年LED汽车灯具越来越流行为什幺LED会逐步代替白炽灯、卤钨灯等传统光源呢,这完全是LED本身的特性所决定的,作为一种冷光源LED具有很多传统光源无法比拟的优点。其主要有:发光效率高、耗电量少;寿命长、车辆使用期限内无需更换;安全环保、树脂封装无玻璃外壳,抗震性好;光利用率高,光谱窄、单色性好,不需要红色或琥珀色的滤色灯罩;响应速度快,应用灵活等优点。

  当然,从社会的发展来看,节能环保和造型多样化是我们考虑使用LED光源的最主要原因。一辆普通轿车所有的外部灯具如果装用传统的白炽灯和卤钨灯灯泡,其总体功率约为600 W;而如果全部选用LED光源,其总体功率仅为60~100W,可见LED光源的节能潜力相当巨大。虽然LED汽车灯具的制造成本相对较高,但是从累积的节能和产品的品质方面考虑,使用LED是汽车灯具技术进步的必然结果。

  LED汽车灯具的设计思路从早期的红光、绿光,一直到开发出蓝光LED,通过整合红、蓝、绿,或把蓝光荧光粉与黄色荧光粉混合,制造出白光LED,成功开发出白光LED是对汽车工业最大的好处,可以应用于前照灯等更多灯具上面,使应用领域变得广泛而深远。技术的进步使单个LED的光通量得到了很大提高,同时根据用途的不同生产出了多种发光角度的LED.尽管理论上LED的发光效能可以高达200lm/W以上,但我国现产的白光LED则只有63lm/W(国际上110lm/W),与理论值还有一定差距,而且其价格与传统光源相比也有一定的劣势,因此如何尽快把LED的优势真正发挥出来也就成为我们面对的技术难题。

  首先要尽量提高LED自身的品质,LED的封装应该尽量减少光线在其内部的全反射,增加衬底基板反射率从而使尽量多的光线能够透射出来增加LED的发光效能。散热fp题是影响LED的一个重要因素,温度上升会使LED的光衰减加快,同时芯片结点处的温度直接影响到LED的寿命,其散热能力的强弱以及使用环境的温度限制了其功率的大小,这些都是设计高品质LED汽车灯具所必须考虑的。

  其次选定好高品质的LED光源后,可以按照汽车的整体造型,设计与之协调的各种样式的汽车灯具,为了形成良好的光强分布,每个LED光源应配备灯杯,而且为了需要,可以将每个LED设计成不同的发光方向。

  传统光源汽车灯具一般只装一个灯泡,而LED汽车灯具通常有很多个LED,在设计上有很大区别,普通光源通常要求灯具有比较大的空间,而LED灯具则可以设计成扁平状。(见和所示)由于单个LED的功率极低,光通量小而且其发光的角度小,所以在LED的灯具设计中,一般采用几个、十几个甚至几十个LED排列起来,LED发光角度的选择非常重要,合理的发光角度可以保证在灯具配光性能满足要求的前提下,将LED的数量减至最低以降低成本。

  和是白炽灯和LED灯具的点亮效果比较。

  从和中可以看出,白炽灯的外观明暗有别,靠近光源的地方很亮,离光源越远的区域则越暗;而LED灯具的亮度则非常均匀,并且设计非常灵活,可以形成想要的各种图形,视觉效果非常好。

  汽车制动灯的工作时间一般很短,且要求起动速度快,而LED光源正好有反应迅速的特点,所以汽车灯具上最早采用LED光源的是高位制动灯。

  现在很多汽车的制动灯、位置灯、转向信号灯、后雾灯、倒车灯等灯具都有用LED光源的。通过对样品检验数据的统计,这些LED汽车灯具的产品质量己经高于同类白炽灯灯具。

  通常情况下汽车制动灯、转向信号灯、后雾灯、倒车灯等灯具如使用白炽灯泡,其功率在16~27W,如果选用LED光源,只需1.5~5W;位置灯、示廓灯等灯具如果装用白炽灯泡,其功率在5~10W,而采用LED光源,一般在0.2~1.5 W,而且随着技术的进步LED的功率会越低。

  LED汽车灯具的驱动电路有普通的蓄电池直接驱动,此方式常选用分压电阻;也有采用PWM驱动电用控制器将汽车上的直流电压转换为方波信号,通过改变方波占空比的方法来调节灯具的发光强度等级,控制很灵活。PWM驱动电路对需要产生两个以上发光强度等级的灯具尤其实用,如二个光强等级的制动灯、后转向信号灯和制动灯/后位灯等。为了不让人眼有闪烁的感觉,PWM驱动电路输出的方波频率应在100Hz以上,而且在设计PWM驱动电路时有必要考虑射频干扰的问题。

  4LED汽车灯具的检测目前,LED汽车灯具的检验依据为各灯具的国标和ECE标准,试验内容主要是配光性能和光色及色度特性,对光电参数没有要求。

  4.1配光性能试验在汽车灯具中LED光源有串联和并联两种连接方式,当采用串联方式时作为单光源灯具检测,并联则按多光源灯具检测。

  用传统的照度计便可以准确测量LED汽车灯具的配光性能,而PWM控制的LED灯具用传统照度计检测则会产生较大偏差,需要使用专□的PWM照度计来测试。由于LED发出的光有易衰减的特点,因此在LED灯具的配光性能测试中,标准规定要进行1min和30min的测量,当灯具按照基准轴线在配光转台上安装好后,用试验电压(13 V)点亮灯具,1min后测量所有HV点的发光强度7imiHv,30min后再测量所有测试点的发光强度,30min时HV点的发fc强度为30mtaHV,得计算系1X=/lminHv//30minHV.用30mill时除HV点外其它所有测试点的发光强度值乘上x即得出1min时除HV点外所有测试点的发光强度值。只有当1min和30 min时所有测试点的发光强度都符合标准要求时,该灯具的配光性能才能被判定合格。依据标准要求,如果灯具属于并联的多光源,还应当测试任一光源失效时,配光性能仍应满足最小发光强度的要求,此情况下仍应测量1 min时所有测试点的发光强度,且各测试点的结果均要达到标准的限值要求。

  4.2光色及色度特性试验LED灯具的光色和色度特性,应符合GB4785-2007汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定中对各功能灯具光色和色度特性的相关要求。

  利用光谱分析系统,测量LED灯具的光谱特性、色品坐标、相关色温和主波长。某二样品的光谱测量结果如和所示。

  I冬15LED光源灯具的光谱阁红光的波长范围为620~780nm,色度特性为0.335且广0.980-X,通过测试结果可以看出,两个样品的色品坐标都符合红光的要求,但LED灯具样品的峰值波长为659nm,光谱窄,且全部在红光光谱内。

  而所测白炽灯加红滤色片样品的峰值波长为780nm,处于红光和红外光相邻处,且含少量橙色光,因所用光谱分析系统仅扫描了可见光区域,样品的真实峰值波长很可能在红外波长里,可见其大部分能量以红外辐射的方式而浪费掉了。

  5LED汽车前照灯在我国目前的标准体系中,汽车前照灯只有灯丝灯泡和气体放电光源才能被采用。而最新的ECE修订版里增加了LED光源模组的内容,在ECER112里面,新增加了一个Annex10就是专门针对LED前照灯的试验要求,这为LED应用于前照灯提供了法规依据。

  由于汽车前照灯对亮度要求极高,要达到前照灯配光性能的要求,光源总的光通量要达到1000lm以上,由于温度升高时,LED的发光效率会急骤降低,因此在设计的时候不能忽视光源的散热,有厂家采用内置小风扇来解决此问题。再加上前照灯不同于其它产品,它的质量好坏直接影响着乘车人员的生命安全,在考虑发光效率与亮度方面要求时特别需要重视所用LED自身的质量检测,相对其它传统光源,还要考虑其演色性和点灯后1min的符合注,确保其工作稳定可靠。最近国外犍极个别高档车型开始装备了LED前照灯,这表明LED正式进入汽车前照灯应用市场。

  近来又有一个汽车LED前照灯的利好消息:欧盟己通过并将于2012年生效的法规中强制要求在白天也必须使用前照灯,这样LED光源能耗低、寿命长的优点便更加明显。尽管LED前照灯的成本相当昂贵,但其发展前景还是非常看好,只要控制好光源的衰减与散热,随着技术的提高,相信将来会越来越普及。

  不宜采用投光灯打亮玻璃幕墙。

  宾馆饭店等以海伦宾馆为例海伦宾馆由于其多数窗户的内部为客房,需要营造安逸舒适的氛围,房间内部的平均照度在100lx或更低,不利于向外散射光线,故无法使用内透光照明。

  目前该宾馆在夜间除了“海伦宾馆‘和”几个起标识作用的背发光文字外,没有进行任何装饰性照明,海伦宾馆地处福建中路与南京东路交界处,其西面为世纪广场,这样一个特殊的地理位置使得该建筑可以照明为亮点散发更多光彩。

  建筑主体采用LED轮廓等,不宜采用花哨图案,亮度不宜过高建筑下部宜结合内透光,采用LED装饰,可以在局部采用彩色,动态光源烘托气氛。

  整体不宜采用大面积透光等照明如所示。

  宜采用内透)fef法。

  不宜大郑时龄、齐慧峰、王伟强城市空间功能的提升与拓展一一南京东路步行街改造背景研究。城市规划汇刊,2000吴蒙友、殷艳明编著。城市商业街灯光环境设计。中国建筑工业出版社,2006 4南京路步行街整体改造规划设计导则-建筑夜景灯光设计导则GB500342004,建筑照明设计规范DB31/T3162004,城市环境(装饰)照明规范7旧本Landscapedesign杂志社编,张琪、刘云俊译。世界都市景观照明,大连理工大学出版社、辽宁科学技术出版社,(上接第7页)6结束语LED汽车灯具以其巨大的节能潜力、安全环保品质、灵活多变的设计方式以及良好的照明品质为我们打开了一个全新的技术领域。尽管生产成本偏高,但最近几年推出的新车型中LED汽车灯具的使用己经非常普及,极个别高档车型还推出了LED前照灯。随着技术的进步,相信在不久的将来,汽车灯具会全部采用LED光源。LED这一照亮未来的技术,必将引导汽车产业走向更加璀璨的明天。

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