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        LED導(dǎo)光條用于汽車尾燈的設(shè)計(jì)

        2018-08-20 09:53:36牛明旭李孝祿施慧張遠(yuǎn)輝李運(yùn)堂
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年13期

        牛明旭 李孝祿 施慧 張遠(yuǎn)輝 李運(yùn)堂

        摘 要:設(shè)計(jì)了一款基于LED導(dǎo)光條的汽車尾燈。結(jié)合光學(xué)配光要求,利用CATIA進(jìn)行導(dǎo)光條的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),利用Cadence進(jìn)行LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行電路模擬,利用TracePro對(duì)導(dǎo)光條光源進(jìn)行光學(xué)分析,最后對(duì)設(shè)計(jì)的導(dǎo)光條進(jìn)行了光學(xué)實(shí)測(cè)。結(jié)果證明該設(shè)計(jì)達(dá)到了GB5920-2008對(duì)車燈的要求。

        關(guān)鍵詞:汽車尾燈;LED導(dǎo)光條;CATIA;Cadence;TracePro

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.004

        0 引言

        近年來(lái),汽車工業(yè)飛速發(fā)展,作為汽車必不可少的功能組件,同時(shí)又具有視覺(jué)美學(xué)作用的汽車車燈,扮演著較重要的角色?,F(xiàn)有的LED汽車燈具大多光通利用率低、分布面積大、視覺(jué)效果不均勻,而光導(dǎo)技術(shù)可擺脫以上因素的制約。本文利用知識(shí)集成的思想[1],使用多款軟件集成設(shè)計(jì)了一款LED導(dǎo)光條的汽車尾燈。

        1 尾燈設(shè)計(jì)

        1.1 外觀造型設(shè)計(jì)

        本設(shè)計(jì)采用略帶弧度的圓柱直線作為L(zhǎng)ED導(dǎo)光條的基體,在LED導(dǎo)光條的出光面再加上一層PMMA材質(zhì)的磨砂面,增強(qiáng)其在各個(gè)視角上的可視度及視覺(jué)舒適性。導(dǎo)光條背面為密集的鋸齒,為了讓光線在導(dǎo)光條里傳播的時(shí)候,能有序而均勻的被反射,而不是全部發(fā)生全反射。

        1.2 光源位置布置

        本次設(shè)計(jì)的導(dǎo)光條因曲率較小,不存在光源布置位置影響出光均勻的問(wèn)題。但考慮到美觀和隱藏光源的因素,將LED光源布置在導(dǎo)光條的右側(cè),這樣能很好地將光源隱藏,達(dá)到美觀的視覺(jué)效果。

        1.3 LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

        汽車蓄電池或者發(fā)電機(jī)輸出電壓范圍為10.5-14.5V,電壓波動(dòng)較大,電流不穩(wěn)定。LED光源LA G6SP在正常工作時(shí)的正向電壓為2V左右,電流為140mA,且LED的亮度對(duì)電流的波動(dòng)較為敏感,因此必須對(duì)電壓和電路進(jìn)行限制。本設(shè)計(jì)穩(wěn)壓模塊采用NUD4001。

        設(shè)計(jì)選擇90℃下的Vsense值,即0.6。采用3塊NUD4001輸出端并聯(lián),達(dá)到140mA輸出電流的目的。則每塊芯片輸出電流為47mA,因此Rext=0.6/0.047=13Ω,故取Rext=13Ω。

        1.4 LED導(dǎo)光條光學(xué)設(shè)計(jì)

        將LED導(dǎo)光條模型導(dǎo)入TracePro,并與LA G6SP確定好相對(duì)位置,一般LED光源出光面與導(dǎo)光條的間距在0.5-1mm左右。

        2 仿真與實(shí)測(cè)

        2.1 LED驅(qū)動(dòng)電路的仿真

        LED驅(qū)動(dòng)電路部分如圖1所示,在汽車電源輸入NUD4001之前加了整流濾波電路消除干擾,有利于輸出電流的穩(wěn)定。

        使用Cadence OrCAD Capture自帶的SPice A/D仿真模塊進(jìn)行仿真。在90℃的溫度下,3個(gè)NUD4001驅(qū)動(dòng)芯片并聯(lián)輸入輸出電壓曲線如圖2所示:

        由圖可以看出,隨著輸入電壓從0V到15V不斷上升,其輸出電壓也隨之變化,在輸入電壓達(dá)到8.5V時(shí),其輸出電壓開(kāi)始穩(wěn)定,并一直保持在7.8V。說(shuō)明NUD4001具有較寬的穩(wěn)壓范圍。

        在90℃的溫度下,3個(gè)NUD4001驅(qū)動(dòng)芯片并聯(lián)輸出電流特性曲線如圖3所示。

        可以看出,在輸入電壓達(dá)到7.3V左右時(shí),其芯片的輸出電流開(kāi)始穩(wěn)定,并一直保持在150mA左右,與LA G6SP的140mA最佳工作電流很接近。

        2.2 LA G6SP仿真

        分別在兩個(gè)LED的電壓輸入端,兩個(gè)LED之間以及輸出端觀察期電壓變化,其電壓波形如圖4所示。

        由圖4看出,LED的電壓曲線和NUD4001的輸出電壓曲線走勢(shì)一致,在NUD4001的輸出電壓穩(wěn)定之后,LED的壓降也保持穩(wěn)定。

        隨著芯片和LED自身發(fā)熱導(dǎo)致溫度升至90度時(shí),LA G6SP的功耗的曲線如圖5。

        在90℃下,當(dāng)芯片的輸入電壓達(dá)到8.5V時(shí),LA G6SP的功耗達(dá)到最大穩(wěn)定值450mW左右。

        2.3 整體功耗仿真與實(shí)測(cè)

        本研究使用測(cè)試電源輸出功率的方法間接得到功耗。由于電源是釋放出功率的器件,故在下文的圖表中其功率值為負(fù)值。仿真曲線見(jiàn)圖6。

        圖6可以看到,在電壓達(dá)到8V之后,隨著電壓繼續(xù)上升,LA G6SP的發(fā)光強(qiáng)度并沒(méi)有明顯的變化,在電壓從8V到15V之間,LED的亮度基本沒(méi)有變化。

        圖7為電源輸出電壓-功率曲線。

        由圖7可以看出,在電壓達(dá)到8V之前,仿真曲線和實(shí)測(cè)曲線基本一致。但是到了8V之后,實(shí)測(cè)曲線并沒(méi)有表現(xiàn)出仿真曲線近似的直線性。原因?yàn)榉抡媲€是在各元件都工作在典型狀態(tài)下,故和真實(shí)的工作條件有一定的差別,同時(shí)PSpice A/D器件的熱模擬的能力有限,內(nèi)部的元件自帶的溫度數(shù)據(jù)有限,并不能真實(shí)的反應(yīng)實(shí)際的工作狀態(tài)。

        2.4 光學(xué)實(shí)測(cè)

        由于國(guó)標(biāo)要求車燈的參數(shù)無(wú)法在仿真軟件里測(cè)得,必須進(jìn)行實(shí)測(cè),來(lái)驗(yàn)證仿真的結(jié)果是否符合仿真結(jié)果。依據(jù)GB5920-2008,使用遠(yuǎn)方光電的G0-HD5標(biāo)準(zhǔn)化暗室對(duì)車燈的光通量進(jìn)行測(cè)量。設(shè)置好電壓13.5V,測(cè)試距離3.16米,點(diǎn)亮15分鐘后進(jìn)行第一次測(cè)試,第一次測(cè)試后繼續(xù)點(diǎn)亮30分鐘,進(jìn)行第二次測(cè)試,結(jié)果數(shù)據(jù)如表1。

        從表中可以看出,該后位置燈配光性能滿足國(guó)標(biāo)的要求。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        本設(shè)計(jì)利用知識(shí)集成的思想,從導(dǎo)光條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和光學(xué)設(shè)計(jì)三個(gè)方面展開(kāi),使用了CATIA、Cadence OrCAD Capture和TracePro三個(gè)主流設(shè)計(jì)軟件,并進(jìn)行了光學(xué)實(shí)測(cè)。結(jié)果表明,本設(shè)計(jì)可以達(dá)到國(guó)標(biāo)GB5920-2008的要求。

        參考文獻(xiàn):

        [1]李孝祿,王文越,王旭,吳霞,張偉.基于知識(shí)集成能力的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2016,33(03):16-19.

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