2010年：LED、HID在汽車車燈應(yīng)用中大放異彩

中國的汽車產(chǎn)業(yè)在今年很有可能觸及或跨越年產(chǎn)銷一千萬輛這個(gè)門檻，事實(shí)上在實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)以前，中國就已經(jīng)成為僅次于美國的全球第二大汽車市場(chǎng)。在當(dāng)前的汽車中，汽車電子系統(tǒng)所占的比重越來越大，很多特色化的功能都是依賴汽車電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，如果說在制造數(shù)量上我們已經(jīng)占據(jù)了非常重要的位置，那么具體到汽車電子行業(yè)，我們又該如何和國際同行們實(shí)現(xiàn)同步呢？在本世紀(jì)第一個(gè)十年的最后兩年，有哪些汽車電子應(yīng)用會(huì)成為熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用又將面臨哪些挑戰(zhàn)？筆者就此問題遴選了幾大熱點(diǎn)應(yīng)用采訪了相關(guān)的一些業(yè)內(nèi)專家，希望可以對(duì)中國從事汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的讀者有所幫助。這些熱點(diǎn)應(yīng)用包括自適應(yīng)汽車前照燈、LED尾燈和HID前燈、智能化的無鑰進(jìn)入系統(tǒng)、可視和雷達(dá)倒車系統(tǒng)等。

據(jù)凌力爾特公司電源|穩(wěn)壓器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理TonyArmstrong介紹，發(fā)光二極管（LED）被應(yīng)用于汽車尾燈已經(jīng)有十多年的歷史。而安華高科技光電子|激光器件產(chǎn)品部汽車led產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Boon-HooiLim先生表示：“已經(jīng)有越來越多的汽車在整個(gè)車尾組合燈具（RCL）（包括停車燈、轉(zhuǎn)向燈、尾燈和反光燈等）中使用LED。”TonyArmstrong還介紹：“高強(qiáng)度放電燈

（HighIntensityDischargeLamp,HID）燈包括所有在普通照明中使用的高強(qiáng)度氣體放電燈，而用于汽車中的HID主要指HID氙氣燈，通常被用作汽車前照燈?！?/p>

為什么要在汽車車燈中使用LED，世強(qiáng)電訊的專家表示：“與傳統(tǒng)的車用信號(hào)燈（如白熾燈）等相比，LED具有節(jié)能、壽命長、免維護(hù)、防爆、易控制和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，加上LED自身獨(dú)立的冷光特性，使得燈具的外形不會(huì)因?yàn)殚L期受熱而變形，從而提高整套燈具的壽命。而且隨著技術(shù)的革新和市場(chǎng)的興起，當(dāng)前困擾LED的發(fā)光功率和成本這兩大瓶頸問題也都將得到解決?！?/p>

據(jù)TonyArmstrong先生介紹用于汽車尾燈的LED主要是紅光LED，它們?cè)诎央娔苻D(zhuǎn)換為光輸出方面具有非常高的效率。因此困擾LED應(yīng)用的散熱對(duì)紅光LED來說不是問題。Boon-HooiLim也表示：“散熱不再是LED尾燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最大的挑戰(zhàn)。隨著越來越多功率從0.25~1W、甚至更高功率的LED涌向市場(chǎng)，汽車尾燈設(shè)計(jì)師很容易根據(jù)設(shè)計(jì)風(fēng)格和可用散熱空間對(duì)LED做出正確的選擇?！彼€表示：“最近發(fā)布的大多數(shù)LED尾燈設(shè)計(jì)從0.25W和1WLED轉(zhuǎn)向了0.5W，因?yàn)?.5W產(chǎn)品提供了極具競(jìng)爭力的成本與流明性能比，非常適合大多數(shù)汽車尾燈使用?！卑踩A高在2008年二月就發(fā)布了非常適合汽車尾燈照明使用的超級(jí)0.5WPLCC-4表貼LED。

LED尾燈應(yīng)用的主要難題是在所有的運(yùn)行狀況下保持一致的亮度。飛兆半導(dǎo)體公司車身電子/智能開關(guān)產(chǎn)品總監(jiān)GaryWagner表示：“為了保持一致的亮度，需要準(zhǔn)確的電流控制。而為了提供無閃爍得運(yùn)行，良好的線路調(diào)整也非常必要。最好的方法是使用電流控制的升壓轉(zhuǎn)換器，將LED串聯(lián)起來，形成兩個(gè)或更多的并行LED串，用于冗余設(shè)計(jì)。飛兆半導(dǎo)體提供廣泛的功率元件以應(yīng)對(duì)以上汽車照明設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)?！卑采腊雽?dǎo)體資深應(yīng)用工程師BrianBlackburn則表示：“LED組合尾燈要獲得廣泛應(yīng)用，恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)非常重要，其中采用線性類型的驅(qū)動(dòng)器能夠限制功率耗散，而只有LED在功率耗散方面受到限制，所謂的長壽命才能夠?qū)崿F(xiàn)，安森美的驅(qū)動(dòng)器正可以很好的限制功率耗散。”

對(duì)于前燈應(yīng)用，據(jù)世強(qiáng)電訊的專家介紹：“HID因其亮度高、壽命長、節(jié)能、色溫性好、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為奔馳、寶馬等一流名車的標(biāo)準(zhǔn)配置。”HID前燈是由燈泡本身、觸發(fā)單元和控制單元或鎮(zhèn)流器組成的。由于靠近發(fā)熱的燈泡，并且要經(jīng)受車輛行駛中的振動(dòng)，這些元器件要求具有溫度穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)固性。就此埃普克斯的汽車薄膜電容產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理MartinaAuer表示：“埃普克斯的薄膜電容可以耐受高達(dá)150℃的工作溫度，存儲(chǔ)溫度可達(dá)170℃。且不同的引腳版圖允許系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化提供最高的機(jī)械穩(wěn)定性。6kV/μs的脈沖寬度使得薄膜電容特別適用于觸發(fā)電路。”

除此之外，飛兆的GaryWagner表示：“因?yàn)樾枰s減整個(gè)HID系統(tǒng)的體積，如何應(yīng)對(duì)功率密度和EMI要求成為設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)"世強(qiáng)電訊的專家也表示：“把HID燈用作汽車大燈，有兩個(gè)關(guān)鍵問題需要解決：1.HID鎮(zhèn)流器的EMC問題；2.HID的鎮(zhèn)流器的控制部分必須具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，能適應(yīng)冷燈、熱燈，以及各種不同品牌的燈，并具有對(duì)一些故障的智能保護(hù)功能?！笔缽?qiáng)電訊有基于SILABSMCU的單芯片全數(shù)字HID鎮(zhèn)流器解決方案。對(duì)于EMC問題，該方案除了充分考慮傳統(tǒng)的EMI抑制措施外，還采用先進(jìn)的擴(kuò)頻控制技術(shù)（變頻變占空比），讓干擾信號(hào)在某一頻段上的能量不能累積，從而減小EMI的影響。對(duì)于控制部分，該方案采用SILABS的高速M(fèi)CU，用一顆單芯片實(shí)現(xiàn)了冷熱燈識(shí)別、燈點(diǎn)亮、恒功率控制、PWM輸出、故障處理等功能，具有優(yōu)秀的適應(yīng)性。

除了HID氙氣燈被用于前燈應(yīng)用，高亮度（HB）的LED也可以被用該類應(yīng)用當(dāng)中。TonyArmstrong先生表示：“HID氙氣燈的生產(chǎn)制造成本非常昂貴，因此其用途僅限于高檔車輛。隨著技術(shù)的進(jìn)步，近期推出了HBLED，因此HID氙氣燈的使用量將迅速減少?！憋w兆的GaryWagner則表達(dá)了并非完全相同的觀點(diǎn)，他表示：“未來led頭燈很可能代替HID頭燈，但用于頭燈的LED距離真正的商業(yè)化還需5~10年時(shí)間，目前LED頭燈仍存在成本問題，比HID頭燈要貴4~5倍?！笨磥聿还苁?strong>HID頭燈還是LED頭燈都面臨著成本過高的問題，因此目前LED頭燈被首先應(yīng)用在高端的豪華車型中，如雷克薩斯、奧迪和卡迪拉克等，即使是這樣LED前燈也只是主要被用作白天行車燈（DRL），然后是集中在高檔汽車上用的近光燈，而要想在更多的新款汽車上看到前燈使用LED作遠(yuǎn)光燈尚需一定的時(shí)日。不過LED頭燈可降低電能使用需求，將運(yùn)行頭燈所需要的功率瓦數(shù)由120瓦大幅減少至近40瓦；另外LED還能夠被融入到非常纖薄的造型線條之中，這些都是促進(jìn)汽車廠商在前燈中使用它的推動(dòng)力。

相對(duì)于LED的尾燈應(yīng)用，散熱問題對(duì)于前燈應(yīng)用來說依然沒有完全解決。凌力爾特的TonyArmstrong就表示：“HBLED車前燈的供電確實(shí)必需特別關(guān)注熱設(shè)計(jì)，原因是它們通常需要50W的供電功率。”安森美半導(dǎo)體資深應(yīng)用工程師BrianBlackburn透漏：“某些系統(tǒng)采用了風(fēng)扇來對(duì)LED頭燈進(jìn)行冷卻。但這種類型的冷卻對(duì)于LED頭燈的長期可用性來說，并非好事?！笔缽?qiáng)的專家就此問題表示：“多個(gè)LED集中在有限的空間中，將造成散熱困難，led模塊溫度升高，會(huì)導(dǎo)致LED的壽命降低，并加速LED的光衰、影響LED驅(qū)動(dòng)器等元件的效率和可靠性（一般元件的工作溫度需控制在80℃以下）。溫度升高，還使LED輸出的光波長發(fā)生變化，改變顏色特征，有可能影響汽車照明。”他表示：“解決散熱問題，從生產(chǎn)廠家的角度來講，可以采用新材料，采用新的封裝技術(shù)，增大PN結(jié)的散熱面積等；從設(shè)計(jì)者應(yīng)用者來講有幾個(gè)方案可選擇，包括選擇高質(zhì)量的解決方案；進(jìn)行熱量控制，當(dāng)溫度升高時(shí)減少電流，以降低功耗；還有選擇進(jìn)行合理的熱設(shè)計(jì)等。”