【来源：高工LED旗下《LED好产品》杂志2月刊 文/潘忠辉】
LED作为汽车灯具上的第四代照明光源，具有长寿命、低功耗、高可靠性等一系列优点。随着大功率白光LED的价格下降和发光效率的上升，用LED作为光源的汽车近光灯也在逐步兴起。
本文拟以欧司朗光电半导体最近完成的一款低成本LED汽车双投影近光灯的参考设计分析，希望对行业同仁有所帮助。
此设计将采用欧司朗光电半导体的大功率LED－OSLON? Black Flat Two Chips。(图1)
该LED单颗额定功率6.5W，芯片采用欧司朗光电半导体最新的UX:3技术，典型光通量约560lm@1A,最大驱动电流为1.2A(DC模式)，封装了2颗芯片，发光区域面积为2.1mm2(2.1mm×1.0mm)，发光表面均匀性较上一代技术产品有大幅提升,同时发光区域边界的明暗对比度十分鲜明，这对于设计有截止线要求的功能灯十分有用。另外，OSLON? Black Flat Two Chips的最高稳定工作结温达到150摄氏度，且在较高温度工作时仍能保持高稳定性和较长寿命，同时该LED在结温高达175摄氏度时仍能工作100小时左右。因此十分适合在前向灯(forward lighting)中使用。在该设计中我们采用1.1A稳流驱动，结温假定120℃，此时该LED稳定后的最低光输出为508lm。
在整个近光灯的设计过程中，首先光型需要满足法规要求。对于该参考设计，我们设计的目标是满足是ECE R112 Class B，同时由于采用了LED光源，法规规定LED模组稳定之后的光通量至少要超过1000lm，因此最终采用2颗LED来完成该设计。
首先来了解一下ECE R112 Class B 中对于近光要求的描述：
由于全球大多数国家是采用右驾的标准，因此这里我们仅仅描述该标准的测试要求，如图2所示。整个近光光型我们可以将它分成两个部分：截止线区域有最低照明要求的部分以及截止线上方有最高眩光值限制的部分。关于这两部分具体照明值的要求我们可以参考图3，其中75R是整个照明区域中要求最高的点，需要超过10100cd，同时在截止线上方的ZoneⅢ区域，眩光值不能超过625cd。
整个设计的造型如图4所示，包含了2个投射单元，其中蓝色的投射单元用来实现水平截止线以及拉宽的功能，黄色投影单元用来实现15度线截止线以及亮区的功能。
接下去我们来具体了解这两种不同投影单元的设计参数以及模拟结果，首先来看蓝色的投影单元：
如图5所示，该投影单元的透镜尺寸为40mm长，25mm宽，中心厚度为12.6mm，材料为PC，折射率为1.586，LED距离透镜底面的距离为15mm。
在设计中我们假定光线经过透镜的光学损失为15%，经过大灯灯罩的光学损失也为15%，在这种情况下，该投影模组点亮后在25m屏幕上的光型如图6所示。由于我们设计时的光通量输入为508lm，而投射到屏幕上的光通量为189lm，因此整个系统的效率为37.2%。
然后我们来看黄色的投影单元：
如图7所示，该投影单元由四个部分组成：LED、椭球面反射镜、遮光板以及透镜。为了提高该投影单元的设计效率，我们将椭球面的光轴和系统的光轴设置为 不共轴，两者之间的夹角为12度，如图7所示。对于透镜单元，它的尺寸同样为40mm长，25mm宽，中心厚度仅为9.9mm，整个投影单元总长为 95mm，材料为PC，折射率为1.586。
在设计中我们假定光线经过透镜的光学损失为15%，经过大灯灯罩的光学损失也为15%，在这种情况下，该投影模组点亮后在25m屏幕上的光型如图8所示。由于我们设计时的光通量输入为508lm，而投射到屏幕上的光通量为194lm，因此整个系统的效率为38.1%。
在设计完两种不同类型的投影系统后，我们最终将2个投影单元一起点亮，此时光型在25m屏幕上的效果如图9所示，同时对比ECE法规的结果如图10所 示。从图10的结果我们可以看出，该设计在各个测试点上都有足够的余量，但是在某些点却不能满足法规要求，如P1+P2+P3，但是根据我们的经验这些测 试点在最终的成品上是能满足要求的，由于加工的原因，光线经过透镜以及灯罩或多或少会产生一些杂光，而这些杂光的产生刚好是不合格测试点所需要的。
光源位置的公差分析对于灯具的生产以及组装都有着重要的意义，因此本文针对该系统也做了这方面的模拟分析。
结果显示，对于其中任一模组的LED，当我们将其在所有方向上平移±0.2mm，所得到的两者光型的叠加均能满足ECE的测试法规，当然每个模组的光型需要在垂直方向重新调整角度，这个在机械方面是容易实现的。
依据下表卤素灯光源和LED光源两者的比较，可以清楚表现出LED在节能环保方面的优势。同时，采用LED设计的灯具，由于光学系统设计效率高于普通的卤素灯泡，因此采用LED头灯做光源，能使夜间驾驶更加安全。
随着节能环保的观念进一步深入人心以及车主对于车灯造型的更高要求，LED照明灯具将愈发普及。在可以想见的不久未来，传统光源必将被LED逐步取代。LED作为主流光源的时代已经不再遥远。
(本文作者系欧司朗光电半导体汽车照明应用经理)
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