何宇虹

摘要：文章講述了溫度補償技術(shù)在汽車LED尾燈上的應(yīng)用。通過單片機控制，從系統(tǒng)上解決了LED供貨不定Bin級及LED本身光衰帶來的光通量問題，從設(shè)計到實際應(yīng)用使尾燈光通量處于長期穩(wěn)定狀態(tài)狀態(tài)，符合國家標(biāo)準(zhǔn)，并且很好地保持高度一致性，提高了行車安全。

關(guān)鍵詞：LED車燈；尾燈；光通量；光衰；位置燈；溫度補償技術(shù) 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP306 文章編號：1009-2374（2016）20-0040-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.018

燈光是安全行車的保障，當(dāng)前，LED照明技術(shù)在車燈上的應(yīng)用已成為一個熱門領(lǐng)域，各大整車企業(yè)、零部件公司、學(xué)校及科研機構(gòu)都開展了深入研究及應(yīng)用。而實現(xiàn)這些系統(tǒng)方案的零部件公司，如海拉、法雷奧等在LED車燈技術(shù)上領(lǐng)先全球，基本壟斷了LED車燈業(yè)務(wù)。技術(shù)以及嚴格的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)都是后來者難以逾越的門檻。如在尾燈設(shè)計上，法規(guī)對于位置燈、制動燈的照度上下限值有著嚴苛的要求。但LED芯片制造中固有的光學(xué)離散以及機構(gòu)造型的高要求導(dǎo)致配光設(shè)計十分困難，因此如何保證符合法規(guī)及車企要求的穩(wěn)定的車燈光輸出，成為一個重要的技術(shù)難題。

1 法規(guī)對汽車LED尾燈照明的要求

本文的設(shè)計是尾燈，實現(xiàn)制動燈和后位置燈復(fù)合功能。我國機動車標(biāo)準(zhǔn)《汽車及掛車前位燈、后位燈、示廓燈和制動燈配光性能》（GB 5920-2008）對車燈有明確的光學(xué)要求限制：（1）在任一可見方向上，一個發(fā)光強度級制動燈的發(fā)光強度應(yīng)不低于0.3cd，兩個發(fā)光強度級制動燈的發(fā)光強度，用于白天的不應(yīng)低于0.3cd，用于夜晚的不應(yīng)低于0.07cd；（2）對于與制動燈混合的后位燈，兩燈同時點亮和單獨點亮后位燈，在h-h上下5°和v-v左右10°所圍成的范圍內(nèi)，測量的發(fā)光強度之比，應(yīng)至少為5∶1。若制動燈具有兩個發(fā)光強度級，則在夜晚條件下必須滿足此要求。

2 產(chǎn)品設(shè)計及技術(shù)難點

本設(shè)計中，LED尾燈通過兩段光導(dǎo)實現(xiàn)尾燈的整體亮燈線條造型。因為造型及結(jié)構(gòu)限制，主電路驅(qū)動模塊與LED分兩塊PCB設(shè)計，根據(jù)車身側(cè)輸入源通過驅(qū)動板的PWM調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)制動燈、后位置燈的功能。我們選用的OSLON某型號LED，表1是本設(shè)計的尾燈參數(shù)要求。經(jīng)過充分考慮各種生產(chǎn)零部件尺寸誤差和損耗，計算需要的設(shè)計余量及整燈性能，反推出單顆LED必須滿足的光通量范圍，如表1所示，約使用4pcs，即可滿足法規(guī)要求。

表2使本設(shè)計使用LED的BIN規(guī)格，這是目前市場上能穩(wěn)定出貨的最大光輸出的LED。這里的數(shù)值是廠家出廠測試的最大值，通常是額定電流上電后1秒鐘的測量值。為了滿足設(shè)計要求，我們使用的電流大于額定電流，使LED輸出光通量加大。這種做法是可行的，只要散熱條件良好。如表2所示，LED行業(yè)的通行規(guī)則是隨機供貨三個Bin，光通量范圍不同，所以車燈設(shè)計者必須考慮如何讓三個Bin的LED都能使產(chǎn)品滿足光通量的限定，即法規(guī)要求的1分鐘和30分鐘光通量測試。

這里就出現(xiàn)了技術(shù)難點，設(shè)計光通量的比值（最大值/最小值）要求太小，位置燈在2lm，而從表2看出LED自身的一個Bin的最大值偏差范圍已經(jīng)接近于這個值了，這意味著即使只使用一個Bin且驅(qū)動的電流精度誤差近似為0，也無法滿足要求。因為隨著溫度的升高，LED結(jié)溫上升，光通量在急劇下降。通過改變驅(qū)動上面調(diào)整電流的電阻是沒用的，因為那只是去改變電流來匹配LED Bin，提高電流精度，并不能使光通量穩(wěn)定。因此要保持穩(wěn)定的光通量，驅(qū)動輸出的電流應(yīng)該要動態(tài)調(diào)整。本文實現(xiàn)的方法就是根據(jù)LED在點亮后，用單片機跟隨驅(qū)動板或燈板的溫度上升與LED亮度衰減的負相關(guān)規(guī)律，來動態(tài)調(diào)整驅(qū)動LED的電流。我們稱之為溫度補償技術(shù)。

3 溫度補償技術(shù)的控制方案及原理

圖1是本設(shè)計的驅(qū)動控制電路構(gòu)架圖。電路采用線性恒流控制，5V電壓調(diào)整模塊為單片機MCU及恒流控制提供電源和參考電壓，我們設(shè)計了一個熱敏電阻NTC設(shè)計在LED的PCB上，這樣能得到較精確的采樣數(shù)據(jù)，反映出LED的溫度變化。MCU外接NTC監(jiān)控溫度變化，輸出PWM信號到線性恒流進行調(diào)光。設(shè)計采用的是一個低端配置8腳的性價比較高且通用的單片機PIC12F683。當(dāng)車燈剛上電時，由于這時候LED結(jié)溫較低，光效較高，為了達到限制的光通最大值即法規(guī)的一分鐘測試值，MCU輸出的PWM占空比較小，使通過LED的電流較小。隨著LED結(jié)溫的上升，即反映在NTC的溫度變化上，阻值變化，反饋至MCU上。LED結(jié)溫上升，光效下降，此時MCU加大占空比，LED電流增大，從而使LED光通量保持在一個穩(wěn)定的水平。因此，在系統(tǒng)穩(wěn)定后的測試時，車燈仍然能滿足法規(guī)的30分鐘值。反之，如果由于某種原因?qū)е聹囟冉档?，MCU控制又會減小電流以維持光通穩(wěn)定。總而言之，MCU通過追蹤LED的溫度變化，在算法上根據(jù)LED光效與結(jié)溫的關(guān)系，來調(diào)整恒流控制模塊的輸出電流，以穩(wěn)定光通在一個有限的滿足法規(guī)的范圍內(nèi)。

4 性能測試與結(jié)論

實際產(chǎn)品上需多次測試來得到準(zhǔn)確的算法規(guī)律。我們對KX Bin的LED樣品尾燈進行了一系列的測試驗證，多次調(diào)整修正MCU算法，使其滿足了我們的設(shè)計要求。再把樣品與沒有溫度補償控制的尾燈按法規(guī)進行了輸出的光通量進行了穩(wěn)定性的對比測試。如圖2所示，在30分鐘內(nèi)，有溫度補償?shù)那€明顯的在一個穩(wěn)定輸出狀態(tài)，而沒有溫度補償控制的光通量輸出，在開始240s的時候光衰非常明顯，至少降低了150lm。

實驗證明溫度補償控制技術(shù)可以很好地解決尾燈難以控制光輸出上下限的難題，同時實現(xiàn)LED車燈的光通量穩(wěn)定輸出的要求，即使LED使用不同的Bin，通過合理的設(shè)置，不需過度依賴于改變?nèi)魏悟?qū)動的硬件，就可滿足窄范圍的光通要求，大大降低了產(chǎn)品的綜合成本。

參考文獻

[1] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.汽車及掛車前位燈、后位燈、示廓燈和制動燈配光性能（GB 5920-2008）[S].2008.

[2] 李學(xué)海.PIC單片機實用教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.