将LED用于外部汽车的应用设计优势

虽然采用LED用于外部汽车应用的最明显优势之一是设计灵活性所带来的美学吸引力，但该技术带来了许多更基本的优势：增强的安全性，更高的可靠性和更低的总体成本。然而，已经并且将继续存在许多需要克服的设计挑战。

汽车外部灯被认为是安全装置，因此受到高度监管。汽车工程师协会（SAE）的专家已经确定，有三个主要因素会导致LED灯的早期故障：温度，振动和输入电压。因此，产品性能可靠性标准和测试程序围绕这些因素。

本文将考虑LED如何发展以满足汽车灯制造商要求的性能和可靠性标准，并满足严格的汽车标准。

将参考扩展的温度范围操作和长寿命设备，如Osram的Oslon Black Flat，Oslon LX和SX，Power SideLED和MultiLED系列。此外，Everlight的Piranha系列专为制动灯和信号指示器而设计，专为满足零缺陷质量标准而设计，专注于散热和卓越的光学设计。

图1：LED让设计师能够释放他们的创造力，同时提高性能和安全性，如奥迪A8所示。

实现异国情调

LED的小尺寸和可变形状选项使汽车设计师能够释放他们的创造力，远离传统的外部照明外观。应用包括前照灯，日间行车灯和雾灯等前照灯设备，以及尾灯，信号灯和刹车灯。通过使用复杂，弯曲，异国情调和大胆的LED设计，汽车制造商已经能够显着区分他们的车辆。

然而，与此同时，他们正在达到严格的安全性和可靠性标准，这些标准通常会限制所有汽车零部件的设计。此外，LED不仅有助于提高安全性，例如减少眩光和改善夜视，还可以开发新的增强型安全功能，如自适应照明和自动浸渍。

虽然在20世纪80年代正在考虑LED汽车照明的标准，但是在20世纪90年代早期开发了AlInGaP（铝铟镓磷化物），并且在21世纪初被认为是白光LED技术的重大进步。作为LED的关键推动因素，可满足该行业严苛的环境和性能要求。第一个外部基于LED的应用，后停车灯，在本世纪初出现，大灯在2006年左右。

首先考虑，LED相比现有的卤素或氙气技术具有绝大多数的优势，特别是头灯。它们坚韧，自然更耐振动，使用寿命更长，能耗更低。然而，它们的成本更高，这就是为什么几年来它们主要只出现在奢侈品，高端型号中。然而，价格正在下降，并且它们已经被中档和大众市场采用。

LED相对于卤素和氙气替代品的能源效率降低了燃料消耗和二氧化碳排放。对于卤素大灯，节能范围从55瓦到65瓦不等的比较数字相比，LED等效灯只需15到30瓦。据报道，氙气灯泡比卤素灯更有效，通常需要35瓦，并且更亮，但成本高于卤素灯。虽然氙气源的开发预计会产生更低的功率单位，但预计LED的潜力将扩大差距，预计几年内预期的近光灯应用低至1瓦。

更长的使用寿命，有效地延长了车辆的使用寿命，理论上不需要更换LED灯，节省了维护成本。卤素灯的使用寿命长达1000小时，氙灯的使用时间约为2000小时，而LED的使用寿命为15,000小时。

采用LED的色温较低（5500至6000 K）的可能性更接近自然光，不仅增强了对比度，而且据报道，与氙气（4500 K）和卤素相比，眼睛的疲劳度更低（3200 K）。

基于LED阵列的LED灯单元的智能电子控制，结合来自传感器，导航和驾驶员辅助系统的数据，可根据气候条件，道路特征和自动调节光输出和模式。迎面而来的交通，以及诸如坑洼等物体或危险的检测。最新的自适应照明系统可实现“永远在线”主光束等功能，可自动调节城镇或乡村驾驶，动态转弯和交叉路口。

然而，最近LED才能够达到主光束前灯所需的光强度水平。奥迪A8采用欧司朗光电半导体的LED制造前照灯，结构为五个灯条，每个灯条有五个LED（见上图1）。同时，LED目前最常用于大多数主要汽车制造商的日间行车灯和后灯组。对于未来，激光二极管正在开发中，以实现更亮，更进一步的主光束应用。

温度效应

LED比卤素灯更节能，因为它们不会产生热量。然而，为了满足前灯所需的光输出（流明），LED必须以足够高的功率水平驱动，以显着提高结温。

不幸的是，随着结温升高，LED发出的光线越少，能效越低，寿命越短。因此，尽管LED比其他技术运行温度更低，但热量仍然是主要问题。了解温度效应，热管理和维持流明输出对于汽车LED照明设计师来说并非无关紧要的挑战。幸运的是，许多LED制造商已经迎接挑战，越来越多的设备可用，以满足高温性能要求并改善散热。

SAE国际照明委员会制定的汽车标准解决了这个问题。 LED光输出在寿命期间自然下降的问题，并且随着结温升高，老化过程加速。出于这个原因，标准规定在最坏情况下，在额定寿命期间，初始光输出的最小光度输出为80％。在这种情况下，最坏情况是指结温达到最大值，或者在最大值的10°C范围内。通常认为，对于汽车应用，LED主要在最大特定结温下工作或接近最大工作温度。当然，各种汽车应用中LED的性能测试和测量标准也在不断发展。

数据表详细信息

Osram提供各种专为广泛使用而设计的LED在汽车应用中。除了专门的Ostar Headlamp Pro系列外，还有2芯片，3芯片，4芯片和5芯片版本，Oslon Compact LED在小型封装中提供高效率，可减轻雾灯和前照灯应用的重量。光通量在25°C时范围为580至1460 lm，驱动电流为1A，光输出为86或88 lm/W.

对于日间行车灯，高效，紧凑的Oslon LX120和建议使用Oslon MX-ECE。 DRL的光输出不需要那么高，例如，LX部件的额定电流为140流明，驱动电压为350毫安，2.95伏，光输出为136流明/瓦。对于红绿灯，尾灯和信号应用，欧司朗在其Oslon Black Flat，Oslon SX，Power SideLED和MultiLED系列中提供红色，琥珀色和黄色LED。典型的例子是Oslon SX LA CN5M琥珀色/红色LED。 1 提供了详细介绍设备，其规格和应用的综合手册。

需要符合汽车规格的LED的灯具设计师应注意检查数据表。欧司朗数据表明确说明该器件是否符合AEC Q101汽车的要求。值得注意的是，它们通常还指定了接近最大结温时的预期寿命（短脉冲为175°C，典型值为150°C）以及相对光通量，它们显示了随着结温的升高它会如何下降。这使工程师能够就LED在特定应用中的表现做出明智的决策。

图2：Everlight为汽车外部照明应用制造的一系列LED。

另一家专门为汽车外部照明应用设备的供应商是Everlight（见图2）。 Argus系列单芯片，2芯片，3芯片，4芯片和5芯片LED专为高亮度，高效率和高温下的色彩稳定性而设计，可用于大灯，日间行车灯和雾灯。正向电压报价为6至8 V，工作温度范围为-30至140°C。与此同时，Piranha AM EU系列目前采用PLCC格式，运行功率低于0.5 W，主要针对刹车灯和信号指示灯。

Everlight汽车级认证（AEC Q101）零件的数据表还说明了在高工作温度下的性能特征，图表显示了外壳温度升高（最大25,55和85°C）以及各种前向的影响光通量（350,700和1000 mA）（据报道在85°C时仅衰减15％）。最高结温通常为150°C。先进的散热技术和先进的陶瓷封装使Everlight的一些最新器件能够满足严格的汽车性能和可靠性标准，即使在1.2 A正向电流和Tj超过150°C时也是如此。

结论

LED制造商继续开发制造和封装技术，以更少的功率提高光输出，并优化散热，特别是汽车外部照明应用。如今，这种设备已经被汽车制造商广泛使用，最初用于后部和停车灯，信号灯和日间行车灯。最新的最高性能型号正迅速适用于前照灯和雾灯。对于售后市场销售，旧车型的改装LED灯也有不断增长的市场。