隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，汽車(chē)在日常生活中的使用越來(lái)越多，因此汽車(chē)節(jié)能減排及行車(chē)安全的要求日益提高。汽車(chē)照明系統(tǒng)是保障汽車(chē)安全行駛的關(guān)鍵部件，光源又是汽車(chē)照明系統(tǒng)的關(guān)鍵。發(fā)光二極管（LED）作為第四代車(chē)用光源具有壽命長(zhǎng)、能耗低、體積小、響應(yīng)快、單色性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，順應(yīng)了未來(lái)汽車(chē)的安全、節(jié)能、緊湊、時(shí)尚的發(fā)展趨勢(shì)。相信隨著汽車(chē)工業(yè)的成熟以及LED 芯片、封裝、散熱等技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，LED 在汽車(chē)照明系統(tǒng)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣，規(guī)模會(huì)越來(lái)越大。

　　1 車(chē)用LED 照明的可行性和先進(jìn)性

　　在汽車(chē)上使用照明光源大約開(kāi)始于20 世紀(jì)初。最先使用的是煤油燈和乙炔燈，1910 年開(kāi)始使用電光源，先后經(jīng)歷了白熾燈、鹵鎢燈及高強(qiáng)度放電式氣體燈HID（Intensity Discharge Lamp），自1985 年開(kāi)始進(jìn)入了LED車(chē)用燈時(shí)代。同時(shí)LED 燈應(yīng)用于自適應(yīng)前照系統(tǒng)AFS（Adaptive Front Lighting System）的技術(shù)隨之出現(xiàn)。

　　目前，LED 已被眾多汽車(chē)廠商加以利用制造出各種車(chē)燈款式。寶馬、福特、本田、豐田、奔馳、奧迪等著名品牌車(chē)為了提高各自的總體競(jìng)爭(zhēng)力，紛紛推出配有各式各樣LED 車(chē)燈的新款轎車(chē)以吸引顧客。LED 具有很多其他光源所不具備的優(yōu)點(diǎn)：

    （1） 壽命長(zhǎng)、抗震性好。LED 的使用壽命理論上可達(dá)5 萬(wàn)小時(shí)，實(shí)際壽命也可達(dá)2 萬(wàn)小時(shí)（ 普通的鹵素?zé)襞輧H為150 ～500 小時(shí)左右），一般都要超過(guò)汽車(chē)本身的壽命。另外，LED 的基本結(jié)構(gòu)中沒(méi)有易損可動(dòng)部件，故抗震性能非常好。

    （2）節(jié)能環(huán)保。LED在低電壓小電流的條件下就能夠獲得足夠亮度，其耗電量?jī)H為相同亮度白熾燈的10%～20%；LED 光源中不含危害人體健康的汞， 生產(chǎn)過(guò)程和廢棄物不會(huì)造成環(huán)境污染。

    （3） 響應(yīng)速度快。與白熾燈相比，LED 燈的響應(yīng)時(shí)間已經(jīng)達(dá)到了幾十納秒，這樣，當(dāng)采用LED 作為汽車(chē)尾燈時(shí)，可以使后續(xù)汽車(chē)司機(jī)更早反應(yīng)，以減少交通事故的發(fā)生。

    （4） 體積小。小巧的LED 可使汽車(chē)風(fēng)格的設(shè)計(jì)更加自由、多樣化，從而使車(chē)型更加時(shí)尚；與傳統(tǒng)光源相比，LED 信號(hào)燈系統(tǒng)的安裝深度可以減少80 mm，這一點(diǎn)對(duì)于汽車(chē)造型和內(nèi)部零件布置具有重要意義。

　　目前汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在全球經(jīng)濟(jì)中仍然是支柱產(chǎn)業(yè)，并處在飛速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，其必定會(huì)帶動(dòng)車(chē)用燈具的發(fā)，為L(zhǎng)ED 在汽車(chē)上的應(yīng)用提供廣闊的市場(chǎng)空間。

　　2 車(chē)用LED 照明的驅(qū)動(dòng)電路

　　LED 屬于電流控制型半導(dǎo)體器件，圖1 是LED 的伏安特性曲線。由圖1 可知，此曲線比較陡，在正向?qū)ㄖ癓ED 幾乎無(wú)電流流過(guò)；當(dāng)正向電壓超過(guò)開(kāi)啟電壓時(shí)，電流就急劇上升，發(fā)光亮度L 與正向電流IF近似成正比：L=KIF，其中K 為比例系數(shù)，故可以通過(guò)控制LED 的IF來(lái)控制其發(fā)光亮度。因此，為了保證其亮度的一致性，通常采用恒流源驅(qū)動(dòng)電路。

　　汽車(chē)電池工作電壓范圍為9 V～16 V，通常情況下為12 V ，但是當(dāng)汽車(chē)?yán)鋯?dòng)時(shí)蓄電池的電壓可跌落到4 V，而當(dāng)蓄電池缺損由發(fā)電機(jī)直接供電時(shí)， 此電壓可達(dá)到36 V 的高壓。因此，對(duì)于車(chē)用LED 燈具而言，要可靠地恒流驅(qū)動(dòng)LED 串， 驅(qū)動(dòng)控制器必須具備精確的電壓和電流調(diào)節(jié)、保護(hù)電路和調(diào)光功能。因此，設(shè)計(jì)一種穩(wěn)壓性能良好而又恒流輸出的驅(qū)動(dòng)電路十分必要。

　　目前車(chē)用LED 驅(qū)動(dòng)器一般采用兩種方法控制正向電流。（1）采用LED 的V-I 曲線確定產(chǎn)生預(yù)期正向電流所需要向LED 施加的電壓。其缺點(diǎn)為：LED 正向電壓的任何變化都會(huì)導(dǎo)致LED 電流的變化，其中的鎮(zhèn)流電阻的壓降和功耗會(huì)浪費(fèi)功率和降低電池使用壽命。（2）利用恒流源來(lái)驅(qū)動(dòng)LED。因?yàn)榇朔椒ㄐ枰獙ED 并聯(lián)在電路中，而驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED 需要在每個(gè)LED 串中放置一個(gè)鎮(zhèn)流電阻，這會(huì)導(dǎo)致效率降低和電流失配。因此，這兩種方法都不能充分體現(xiàn)LED 應(yīng)有的優(yōu)越性。為了克服現(xiàn)有車(chē)用LED 驅(qū)動(dòng)器的缺點(diǎn)， 出現(xiàn)了車(chē)用LED 陣列的高效智能驅(qū)動(dòng)方法。該方法采用了半橋式DC-DC 變換技術(shù)、全波整流技術(shù)、光電耦合技術(shù)等，確保了整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的工作效率；提出了基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制方案，此方案采用智能PWM 穩(wěn)流控制和調(diào)光控制， 具有負(fù)載開(kāi)路/短路保護(hù)和過(guò)流過(guò)壓保護(hù)功能。圖2 為L(zhǎng)ED陣列智能驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)電路。

　　如圖2 所示，CPU 輸出兩路完全倒相對(duì)稱的PWM信號(hào)A、B，分別作用在開(kāi)關(guān)器件上，使其輪流導(dǎo)通； 通過(guò)高頻變壓器T將能量耦合到次級(jí)，再經(jīng)快恢復(fù)二極管D1、D2 進(jìn)行全波整流，以實(shí)現(xiàn)對(duì)LED 陣列的驅(qū)動(dòng)。LED陣列驅(qū)動(dòng)回路的光電耦合器，完成對(duì)LED 陣列驅(qū)動(dòng)電流的監(jiān)測(cè)，并反饋到CPU，形成一種智能電流負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，以確保驅(qū)動(dòng)電流的穩(wěn)定的可靠性。

　　車(chē)用LED 驅(qū)動(dòng)電路的集成化和智能化程度越來(lái)越高。類(lèi)似PMU（ 電源管理單元）的芯片及封裝的小型化將逐漸取代多個(gè)單一功能電路進(jìn)行組合的方法，以適應(yīng)板級(jí)空間非常有限的車(chē)載應(yīng)用。同時(shí)，由于單片機(jī)、DSP 等控制芯片以及嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，可通過(guò)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)用照明系統(tǒng)的自動(dòng)化， 這樣LED 的恒流驅(qū)動(dòng)精度以及亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)會(huì)更加準(zhǔn)確。智能化控制已經(jīng)成為新一代車(chē)用LED 驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)理念。

　　3 汽車(chē)LED 前照燈

　　由于汽車(chē)前照燈在行車(chē)安全中具有重要的作用，因此LED 前照燈是最難也是最后投入使用的。以前，LED前照燈只應(yīng)用在概念車(chē)上， 隨著LED 照明技術(shù)以及汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，LED 前照燈的應(yīng)用范圍已從概念車(chē)、豪華車(chē)向中檔車(chē)甚至一般車(chē)型過(guò)渡，并且照明發(fā)光強(qiáng)度已達(dá)到白熾燈的水平。

　　汽車(chē)前照燈包括遠(yuǎn)光燈和近光燈。在夜間行駛時(shí)，遠(yuǎn)光燈應(yīng)保證照亮車(chē)前100 m、高2 m 處范圍內(nèi)的物體，且亮度均勻；近光燈不但要保證車(chē)前40 m 司機(jī)能看清障礙物，而且不能讓迎面而來(lái)的駕駛員或行人產(chǎn)生眩光，以確保汽車(chē)在夜間交會(huì)車(chē)行駛時(shí)的安全。

　　傳統(tǒng)汽車(chē)前照燈輸出近光和遠(yuǎn)光兩種功能的光束，且每種光束分布模式均呈靜態(tài)分布，具體的光照分布也都符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。但在實(shí)際應(yīng)用中，此系統(tǒng)射出的光束分布于有限的角度范圍，在一些較為復(fù)雜的路況下（如轉(zhuǎn)彎）極易產(chǎn)生視覺(jué)盲區(qū)。另外，傳統(tǒng)汽車(chē)前照明系統(tǒng)不具備自動(dòng)調(diào)整光束分布的功能， 近光光束和遠(yuǎn)光光束之間的變換需駕駛員手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)，這樣在來(lái)往車(chē)輛頻繁的行車(chē)環(huán)境下，車(chē)輛之間容易產(chǎn)生眩目光。為了克服傳統(tǒng)汽車(chē)前照燈的上述缺點(diǎn)，自適應(yīng)前照系統(tǒng)AFS 應(yīng)運(yùn)而生。

　　AFS 是一種能使駕駛員更好地適應(yīng)各種速度、道路類(lèi)型和天氣條件的變化，提高駕駛安全性的前照燈系統(tǒng)。其工作原理如下：當(dāng)汽車(chē)進(jìn)入特殊的道路狀況（如彎道）時(shí)，由于方向盤(pán)和速度發(fā)生變化，角度傳感器和速度傳感器傳輸?shù)诫娍貑卧‥CU）的信號(hào)就相應(yīng)發(fā)生了變化。ECU 捕捉到這些信號(hào)變化，同時(shí)判斷車(chē)輛進(jìn)入了哪種彎道，并發(fā)出相應(yīng)的指令給前照燈的控制單元，控制單元根據(jù)收到的指令操控裝在AFS 燈體內(nèi)部的微電機(jī)帶動(dòng)發(fā)光三要素繞相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)， 從而在非常規(guī)路面及天氣下行駛時(shí)， 改變照明方式，提供更好的安全保障。

　　隨著白光LED 技術(shù)的發(fā)展及空氣動(dòng)力學(xué)和汽車(chē)造型的需求，汽車(chē)前部位置越來(lái)越低且呈流線型， 為前照燈預(yù)留的空間越來(lái)越小。為了滿足汽車(chē)照明智能化和人性化的需求，AFS 與LED 燈的結(jié)合已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車(chē)前照燈的發(fā)展趨勢(shì)。

　　4 車(chē)用LED 照明面臨的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

　　車(chē)用LED 照明技術(shù)作為一項(xiàng)具有突破性意義的新技術(shù)，已經(jīng)被大多數(shù)的汽車(chē)制造商以及消費(fèi)者所接受，越來(lái)越多的高檔汽車(chē)都配備了LED 燈。但由于汽車(chē)應(yīng)用環(huán)境的特殊要求，要真正實(shí)現(xiàn)車(chē)用LED 代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源， 還有很多技術(shù)難題需要解決。

　　（1） 成本問(wèn)題

　　全球范圍內(nèi)，車(chē)用LED 生產(chǎn)成本的下降速度將是影響今后車(chē)用LED 大規(guī)模應(yīng)用的主要因素之一。就元件本身而言，LED 燈的價(jià)格普遍高于其他傳統(tǒng)光源。如：1 W 大功率白光LED 的市場(chǎng)價(jià)格約是白熾燈的十幾倍到幾十倍不等，故LED 芯片還有很大的降價(jià)空間，其主要途徑為：

    ①發(fā)展大芯片大電流?，F(xiàn)在的芯片一般在0.5 mm~1.5 mm 之間，芯片小，電流難以加大，這是LED向單顆大功率發(fā)展的障礙。如果在不降低光效的前提下把芯片做大以便通過(guò)更大的電流，大幅提高單顆LED的功率，這樣燈具所用的LED 數(shù)量將明顯減少，有助于燈具成本的下降。

    ②研發(fā)新型襯底材料?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)啟動(dòng)了價(jià)格比較便宜的Si 襯底材料的研究，希望能代替價(jià)格昂貴的藍(lán)寶石或SiC。除價(jià)格便宜外，Si 還可以制作出比藍(lán)寶石或SiC 襯底尺寸更大的襯底，以提高M(jìn)OCVD 的利用率，從而提高管芯產(chǎn)率。此外，由于Si的硬度比藍(lán)寶石和SiC 低，在加工方面也可以節(jié)省成本。據(jù)國(guó)外某知名公司的估計(jì)，使用硅襯底制作藍(lán)光GaN LED 的制造成本將比藍(lán)寶石和SiC 襯底低90%。

    ③繼續(xù)延長(zhǎng)LED 的壽命。理論上，LED 的壽命已經(jīng)超過(guò)汽車(chē)使用壽命，但在實(shí)際汽車(chē)環(huán)境應(yīng)用中，LED 使用壽命還有待進(jìn)一步提高。如果LED 實(shí)際使用壽命能達(dá)到整車(chē)的壽命， 則在汽車(chē)壽命期內(nèi)無(wú)需更換光源， 免去了這方面的維修費(fèi)用，就會(huì)更加經(jīng)濟(jì)。

　　就整個(gè)車(chē)用LED 照明系統(tǒng)而言，必須降低LED 驅(qū)動(dòng)方案的系統(tǒng)級(jí)成本，以提高該項(xiàng)技術(shù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　降低方案成本的途徑之一是盡可能減少驅(qū)動(dòng)器的元器件數(shù)量，同時(shí)這也有利于提高系統(tǒng)可靠性，因?yàn)镻CB 上的每個(gè)元件都可能是系統(tǒng)的一個(gè)失效點(diǎn)。

　　（2） 散熱問(wèn)題

　　通常高功率LED 輸入功率約20%轉(zhuǎn)換成光能，剩下的80%均轉(zhuǎn)換為熱能，這比傳統(tǒng)燈源高很多。如果這部分熱能無(wú)法導(dǎo)出，將會(huì)使LED 界面溫度過(guò)高，進(jìn)而影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率及穩(wěn)定性，由此整個(gè)汽車(chē)照明系統(tǒng)就會(huì)受到嚴(yán)重影響。目前改善車(chē)用LED 燈具散熱的主要途徑：

     ①LED 自身的改進(jìn)。首先，改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)直插式LED 封裝結(jié)構(gòu)熱阻高達(dá)250℃/W～300℃/W， 而新的封裝結(jié)構(gòu)采用低電阻率、高導(dǎo)熱性能的材料粘結(jié)芯片，在芯片下部加銅或鋁質(zhì)熱沉， 并采用半包封結(jié)構(gòu)，大大提高了LED 的散熱能力。

    其次，改進(jìn)LED 的制作材料，采用超薄、高導(dǎo)熱、高絕緣陶瓷薄片作基底， 提高散熱效果； 開(kāi)發(fā)量子轉(zhuǎn)換效率高、能承受高溫的熒光粉，提高允許的最大結(jié)點(diǎn)溫度， 增大允許的散熱設(shè)計(jì)溫差，以降低散熱設(shè)計(jì)的難度。

    ②散熱裝置的改進(jìn)。主要有：考慮采用合適的散熱形式，如熱管、風(fēng)扇、水冷等，要保證將熱量迅速地散發(fā)出去，同時(shí)散熱裝置能夠穩(wěn)定地工作；考慮散熱片的結(jié)構(gòu)形狀尺寸，要保證足夠的散熱面積，同時(shí)散熱效果要好；考慮電路板的設(shè)計(jì)格式，可將印制電路板設(shè)計(jì)為上下兩層，下層專(zhuān)用于信號(hào)發(fā)生電路及驅(qū)動(dòng)電路，上層為L(zhǎng)ED 點(diǎn)陣電路，這樣能夠有效地避免因?yàn)長(zhǎng)ED 的熱量傳遞到驅(qū)動(dòng)芯片而使其損壞。

　　（3） 光效問(wèn)題

　　提升LED 光效是車(chē)用LED 技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，是車(chē)用LED 產(chǎn)業(yè)化的出發(fā)點(diǎn)和原動(dòng)力。從封裝技術(shù)上來(lái)說(shuō)，LED 的封裝應(yīng)該盡量減少光線在其內(nèi)部的全反射，增加襯底基板反射率，從而使光線能夠盡量多地透射出來(lái)，增加LED 的發(fā)光效能。今年2 月，Cree 公司已經(jīng)宣布其實(shí)驗(yàn)室成果LED 光效已經(jīng)達(dá)到2 081 m/W，相信這不是極限，還會(huì)有更高的提升空間，但需要有新的技術(shù)突破。

　　（4） 電磁干擾問(wèn)題

　　汽車(chē)環(huán)境下同樣面臨電磁干擾問(wèn)題EMI （ElectroMagnetic Interference）。車(chē)載電子產(chǎn)品對(duì)噪聲很敏感，尤其是導(dǎo)航系統(tǒng)、無(wú)線電路和AM 無(wú)線電波段接收機(jī)。為了最大限度地降低發(fā)生噪聲干擾的可能性，有些LED驅(qū)動(dòng)器IC 中采用了恒定頻率開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。另外，用戶還可在200 kHz~2 MHz 的范圍內(nèi)設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率， 以使開(kāi)關(guān)噪聲遠(yuǎn)離關(guān)鍵頻段（如AM 無(wú)線電波段）。

　　5 車(chē)用LED 照明市場(chǎng)展望

　　LED 在汽車(chē)照明系統(tǒng)中的應(yīng)用雖然剛剛起步，但隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)和汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，車(chē)用LED燈具的總體效率以及性價(jià)比將會(huì)得到很大的提高，應(yīng)用規(guī)模將會(huì)逐漸擴(kuò)大，并最終占據(jù)整個(gè)汽車(chē)車(chē)燈市場(chǎng)。

　　據(jù)調(diào)查，目前全球車(chē)內(nèi)應(yīng)用的LED 年銷(xiāo)售額大約在5 億到6 億歐元，在汽車(chē)內(nèi)部，如汽車(chē)儀表盤(pán)、車(chē)內(nèi)收音機(jī)、開(kāi)關(guān)等已經(jīng)100%采用LED，并且這一趨勢(shì)正在加速?gòu)能?chē)內(nèi)應(yīng)用向車(chē)外應(yīng)用。此外，近期歐盟委員會(huì)宣布，從2011 年起，歐盟所有新生產(chǎn)轎車(chē)必須配置“ 白天駕駛自動(dòng)照明系統(tǒng)”。與此同時(shí)，歐盟委員會(huì)已經(jīng)批準(zhǔn)奧迪和豐田將LED 作為照明車(chē)燈在汽車(chē)上使用。由此可見(jiàn)，車(chē)用LED 燈具在全球范圍內(nèi)具有極大的市場(chǎng)潛力。

　　車(chē)用LED 照明技術(shù)也得到我國(guó)政府的大力支持。

　　2010 年1 月，全國(guó)半導(dǎo)體照明電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布及宣貫大會(huì)在廣東江門(mén)市發(fā)布了LED 行業(yè)第一批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志著我國(guó)LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展開(kāi)始進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)代[。

　　復(fù)旦大學(xué)教授、半導(dǎo)體物理專(zhuān)家方志烈說(shuō)，2009 年我國(guó)LED 應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值已經(jīng)超過(guò)600 億元，全行業(yè)進(jìn)入利潤(rùn)自主創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的重大歷史機(jī)遇，2015 年產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到5 000 億元。因此在我國(guó)LED 將面臨巨大的發(fā)展機(jī)遇，同樣車(chē)用LED 照明技術(shù)也會(huì)得到高速發(fā)展，科研、生產(chǎn)和商家對(duì)此都會(huì)給與高度關(guān)注。

　　車(chē)用LED 燈具以其卓越的可靠性、環(huán)保性、節(jié)能性和時(shí)尚性，為汽車(chē)車(chē)燈的升級(jí)和變革注入了新生力量。

　　隨著產(chǎn)品成本的降低、生產(chǎn)技術(shù)的完善以及資金規(guī)模的擴(kuò)大，車(chē)用LED 照明技術(shù)的發(fā)展必將對(duì)汽車(chē)的行駛和安全提供更有力的保障， 汽車(chē)燈具的LED 化必將成為汽車(chē)照明系統(tǒng)發(fā)展史上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。