雙投影燈低成本LED汽車近光燈參考設(shè)計分析
文章來源:恒光電器
發(fā)布時間:2014-03-22
瀏覽次數(shù):次
LED作為汽車燈具上的第四代照明光源，具有長壽命,、低功耗,、高可靠性等一系列優(yōu)點。隨著大功率白光LED的價格下降和發(fā)光效率的上升,，用LED作為光源的汽車近光燈也在逐步興起,。
本文擬以歐司朗光電半導(dǎo)體最近完成的一款低成本LED汽車雙投影近光燈的參考設(shè)計分析,，希望對行業(yè)同仁有所幫助。
此設(shè)計將采用歐司朗光電半導(dǎo)體的大功率LED－OSLON? Black Flat Two Chips,。(圖1)
該LED單顆額定功率6.5W,，LED照明工程，芯片采用歐司朗光電半導(dǎo)體最新的UX:3技術(shù),，典型光通量約560lm@1A,最大驅(qū)動電流為1.2A(DC模式),，封裝了2顆芯片，發(fā)光區(qū)域面積為2.1mm2(2.1mm×1.0mm),，綠色照明,，發(fā)光表面均勻性較上一代技術(shù)產(chǎn)品有大幅提升,同時發(fā)光區(qū)域邊界的明暗對比度十分鮮明，這對于設(shè)計有截止線要求的功能燈十分有用,。另外,，OSLON® Black Flat Two Chips的最高穩(wěn)定工作結(jié)溫達到150攝氏度，且在較高溫度工作時仍能保持高穩(wěn)定性和較長壽命,，同時該LED在結(jié)溫高達175攝氏度時仍能工作100小時左右,。因此十分適合在前向燈(forward lighting)中使用。在該設(shè)計中我們采用1.1A穩(wěn)流驅(qū)動,，結(jié)溫假定120℃,，此時該LED穩(wěn)定后的最低光輸出為508lm。
在整個近光燈的設(shè)計過程中,，首先光型需要滿足法規(guī)要求,。對于該參考設(shè)計，我們設(shè)計的目標(biāo)是滿足是ECE R112 Class B,，同時由于采用了LED光源,，法規(guī)規(guī)定LED模組穩(wěn)定之后的光通量至少要超過1000lm， led質(zhì)量,，節(jié)能與環(huán)保,，因此最終采用2顆LED來完成該設(shè)計。
首先來了解一下ECE R112 Class B 中對于近光要求的描述：
由于全球大多數(shù)國家是采用右駕的標(biāo)準(zhǔn),，因此這里我們僅僅描述該標(biāo)準(zhǔn)的測試要求,，如圖2所示。整個近光光型我們可以將它分成兩個部分：截止線區(qū)域有最低照明要求的部分以及截止線上方有最高眩光值限制的部分,。關(guān)于這兩部分具體照明值的要求我們可以參考圖3,，其中75R是整個照明區(qū)域中要求最高的點，需要超過10100cd,，同時在截止線上方的ZoneⅢ區(qū)域,，照明資質(zhì)，眩光值不能超過625cd,。
整個設(shè)計的造型如圖4所示,，包含了2個投射單元,，其中藍色的投射單元用來實現(xiàn)水平截止線以及拉寬的功能，黃色投影單元用來實現(xiàn)15度線截止線以及亮區(qū)的功能,。
接下去我們來具體了解這兩種不同投影單元的設(shè)計參數(shù)以及模擬結(jié)果,，建筑照明，首先來看藍色的投影單元：
如圖5所示,，商業(yè)照明燈具,，該投影單元的透鏡尺寸為40mm長，25mm寬,，中心厚度為12.6mm,，材料為PC，折射率為1.586,，LED距離透鏡底面的距離為15mm,。
在設(shè)計中我們假定光線經(jīng)過透鏡的光學(xué)損失為15%，經(jīng)過大燈燈罩的光學(xué)損失也為15%,，在這種情況下,，該投影模組點亮后在25m屏幕上的光型如圖6所示。由于我們設(shè)計時的光通量輸入為508lm,，而投射到屏幕上的光通量為189lm,，因此整個系統(tǒng)的效率為37.2%。
然后我們來看黃色的投影單元：
如圖7所示,，該投影單元由四個部分組成：LED,、橢球面反射鏡、遮光板以及透鏡,。為了提高該投影單元的設(shè)計效率,，我們將橢球面的光軸和系統(tǒng)的光軸設(shè)置為 不共軸，兩者之間的夾角為12度,，如圖7所示。對于透鏡單元,，它的尺寸同樣為40mm長,，25mm寬，商業(yè)照明燈具,，中心厚度僅為9.9mm,，道路照明，整個投影單元總長為 95mm,，材料為PC,，折射率為1.586。
在設(shè)計中我們假定光線經(jīng)過透鏡的光學(xué)損失為15%,，經(jīng)過大燈燈罩的光學(xué)損失也為15%,，在這種情況下,，該投影模組點亮后在25m屏幕上的光型如圖8所示。由于我們設(shè)計時的光通量輸入為508lm,，而投射到屏幕上的光通量為194lm,，因此整個系統(tǒng)的效率為38.1%。
在設(shè)計完兩種不同類型的投影系統(tǒng)后,，我們最終將2個投影單元一起點亮,，商業(yè)照明燈具，此時光型在25m屏幕上的效果如圖9所示,，同時對比ECE法規(guī)的結(jié)果如圖10所 示,。從圖10的結(jié)果我們可以看出，該設(shè)計在各個測試點上都有足夠的余量,，但是在某些點卻不能滿足法規(guī)要求,，如P1+P2+P3，但是根據(jù)我們的經(jīng)驗這些測 試點在最終的成品上是能滿足要求的,，由于加工的原因,，光線經(jīng)過透鏡以及燈罩或多或少會產(chǎn)生一些雜光，而這些雜光的產(chǎn)生剛好是不合格測試點所需要的,。
光源位置的公差分析對于燈具的生產(chǎn)以及組裝都有著重要的意義,，因此本文針對該系統(tǒng)也做了這方面的模擬分析。
結(jié)果顯示,，對于其中任一模組的LED,，當(dāng)我們將其在所有方向上平移±0.2mm，恒光,，所得到的兩者光型的疊加均能滿足ECE的測試法規(guī),，當(dāng)然每個模組的光型需要在垂直方向重新調(diào)整角度，這個在機械方面是容易實現(xiàn)的,。
依據(jù)下表鹵素?zé)艄庠春蚅ED光源兩者的比較,，LED-T5一體化燈管，可以清楚表現(xiàn)出LED在節(jié)能環(huán)保方面的優(yōu)勢,。同時,，LED照明企業(yè)，采用LED設(shè)計的燈具,，企業(yè)資訊,，由于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計效率高于普通的鹵素?zé)襞荩虼瞬捎肔ED頭燈做光源,，能使夜間駕駛更加安全,。
隨著節(jié)能環(huán)保的觀念進一步深入人心以及車主對于車燈造型的更高要求，LED照明燈具將愈發(fā)普及,。在可以想見的不久未來,，恒光電器,，傳統(tǒng)光源必將被LED逐步取代。LED作為主流光源的時代已經(jīng)不再遙遠,。