关于LED散热及亮度问题的探讨

　　环保加耐用LED车前灯初露端倪

　　汽车头灯对于LED来说，一直是一块难啃的骨头。因为照明距离和亮度的问题，LED甚少用于头灯照明。通过使用高效率的驱动器可有效应对散热问题

　　“毫无疑问，大部分汽车前灯仍然是白炽灯。”凌力尔特公司电源产品产品市场总监Tony Armstrong坦率地说，“不过，这种优势从现在开始会受到来自高强度放电（HID）灯和高亮度（HB）LED 前灯的压力。” HID灯在上世纪90年代末期率先被作为汽车前灯使用。不过，这种灯的生产和制造非常昂贵，因此它们的使用一直仅限于高端汽车。

　　“目前大约15%的新车配备的是HID.”安森美半导体汽车产品营销工程师Paul Decloedt估计。但由于HID光输出太强，对接近的汽车、行人构成刺眼的风险。

　　此外，HID启动瞬间需要3.5万伏的高压，可能会干扰车内音响等电器。据试用过氙气灯的车主表示，氙气灯在雨雪雾天气下的穿透力比较差。Paul Decloedt 表示：“也没觉得和卤素灯差多少。”

　　因此，Tony Armstrong更看好HB LED,他认为HB LED将取代HID在车前灯的应用。他说：“HB LED 前灯在下一个10年将出现极高的增长率。”

　　LED 远光灯和前光灯的主要瓶颈在于热管理

　　不难发现，LED前灯大多出现在高档车，尤其是跑车更为多见。Paul Decloedt认为：“使用LED前照灯可以在车辆造型方面获得更多的变化。”由于LED前灯比白炽灯、HID更紧凑，汽车整体设计也可以更具流线性。 Paul Decloedt进一步指出，“紧凑”不仅仅是LED灯本身尺寸更小，还在于光学部件和电子电路也随着采用LED而相应地瘦身。

　　此外，LED还有其它许多优势，如瞬间导通、不需要预热、更易于控制亮度等。另外，不要忘记LED闯入照明界的杀手锏--长寿命。由于LED使用寿命长，消除了更换头灯“灯泡”的问题。

　　汽车界节能环保风盛吹，LED的出现恰好符合了绿色高效的环境要求。“LED是绿色光源，光谱中单色性好，没有多余红外、紫外等光谱，不含有害物质汞，辐射也很少。”深圳世强电讯有限公司资深应用工程师刘伟表示，LED光源具有更高的流明，而且 LED是固态照明光源，与HID灯不同，没有石英玻璃等易损可动的部件，具有出色的抗震性，故障也极低，几乎可以免维修。

　　LED 头灯亮度仍有争议

　　在标配LED头灯的Lexus RX450h论坛上，正在热议RX450h的LED头灯。“即使打在前方音色车的保险杆上，切线下也是很淡的蓝色光型，连我的头灯余光辨识度都好过它了。”一位路遇RX450h的网友如此描述LED头灯的实际效果。而另一位RX450h车主驳斥道，“只要是开RX450h的车主一定很清楚，LED头灯超亮，很聚焦，虽然旁边看起来好像不太亮。LED比HID光源还要集中，尤其是红绿灯停下来照前面的车子保险杆下沿非常亮，开山路很安全很光亮。”该车主原先为双B拥趸（BMW,Benz），自此对Lexus大为改观。

　　为比较LED头灯和HID的性能，更有好事者找来两辆原厂搭载HID和LED前灯的车型在傍晚17:30测试。开关电源模块在距离水泥墙20m外的测试结果显示，LED头灯比HID更亮，但稍微退后些LED就不如HID头灯了。

　　LED消耗每单位电能产生的光输出确实比白炽灯高，但单个LED来比，LED的光输出优势就不那么突出了。为了获得足够的亮度，就必须采用LED模块照明的方式。“一个LED模块没能为远光和近光功能提供足够的光。因此，你须要为每个近光和远光功能使用多个LED模块。”Paul Decloedt指出，由于汽车前灯是光束应用，每个LED模块需要一个光学组件（透镜或反光镜）。“这是LED近光灯和远光灯价格仍然较贵的一项主要原因。”此外，由于LED模块化照明的特性也导致汽车法规难以界定采用多个模块的LED头灯是否损坏。

　　LED头灯散热问题棘手。另外，上述测试进行5分钟之后，LED头灯的温度非常烫手。这又暴露了LED另一个弊端：散热。Paul Decloedt说，LED远光灯和前光灯的主要瓶颈在于热管理。LED发热后不仅亮度会降低，而更重要的是，其使用寿命可能会大幅缩短。

　　Tony Armstrong为汽车制造商算了一笔LED前灯系统的功率帐。每个前灯系统都包括为所有照明需求而优化的5个LED灯，即近光灯、远光灯、转向辅助灯、昼行车灯和转向信号指示灯。标准前灯一般会需要35W至50W的功率，远光灯通常需要与标准前灯相同或比其稍高一点的功率，而转向辅助灯、昼行车灯和转向信号指示灯需要较少的功率。总计，整个前灯系统可能消耗超过200W的电功率，这可能导致一个巨大的热功耗问题。“这对LED车前灯有致命的影响，因为LED灯的输出和工作寿命会随高温而快速劣化。”Tony Armstrong强调。

　　散热是最直接的方式。不过，Tony Armstrong提醒头灯设计者，传统的散热装置将引入另一些问题，包括散热材料导致的成本和系统总重量的上升。“应对散热问题最有效的方法是，通过使用一个极高效率的驱动器（效率超过93%）以最大限度地减少LED驱动电路产生的热量。”Tony Armstrong认为这种方法较少之后的热量可以用安装在LED前灯的印刷电路板内的少量铜散热器就可以容易地把产生的热量散出去。凌力尔特 LT3755-2和LT3756-2在升压模式时可以提供超过94%的效率，因此无需任何外部散热措施。

　　海外LED头灯商用化时间不长，中国本土车厂还没有任何跟进的动作，MTD2002大部分厂商仍持观望态度。刘伟表示，LED头灯的价格远远高于HID,而且不耐高温，需要较大散热片。 “受限于实际热学设计、LED光衰、电控设计等因素，LED本身的优势能否真实体现出来还有待观察。”

　　HID和LED 前灯并驾齐驱

　　尽管国内外采用LED头灯的进程有所差异，但安森美、凌力尔特、世强电讯都认同，未来车头灯的趋势是以 HID、LED为主。“特别是HID具有较高的性价比，应该会得到比较普遍的应用，LED则将会在高端车型应用。”刘伟透露，目前在已经有本土厂商在国产中档车上考虑加装HID车灯了。

　　虽然对成本敏感的汽车很可能将继续使用卤素灯来提供远光和近光灯功能，但就中档车而言，Paul Decloedt认为将是HID和LED的天下。20W HID的出现，省去了自动调光功能和喷淋式清洗器（spray washer），令HID的整体成本更具吸引力。Paul Decloedt预计，配备HID的新车数量在未来三四年内将翻一番。

　　而 LED的主场将在其它前照灯应用，如雾灯、转向辅助灯、转向指示灯、昼行车灯（DRL）、示廓灯（Position Light）等。Paul Decloedt预计，这些非远光灯/近光灯功能的LED应用将快速攀升，其采用率将超过HID.“从现在开始的5年内，30%的汽车将配备多种LED前照灯功能”但在LED远光灯和近光灯方面，Paul Decloedt预计其采用率将不及HID.

　　其实，有过开车经验的人都会知道，除了头灯的亮度关系到行车安全之外，头灯的照明广度和亮度同样重要。而实际对比LED和HID头灯结果为1.5车道：2车道来看，LED在广度方面仍有待改进。总之，LED头灯进程还有赖于LED进一步降低价格、解决散热以及二次光学系统的改善。

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