Эволюция функциональности и дизайна светодиодных LED фар

Высокая стоимость и сложные принципы работы стали препятствием для успешного продвижения светодиодных LED ламп. Несмотря на некоторые яркие примеры использования LED технологий в автомобильных фарах, степень их внедрения по-прежнему остаётся низкой, особенно по отношению к уровню потребления твердотельного освещения (SSL) для общей иллюминации. Однако благодаря своим функциональным возможностям, таким как матрица управления лучом, новая технология сможет вырваться на передний план.

Между общим и автомобильным освещением существуют некие параллели. Все мы ещё помним традиционную вольфрамовую нить электрической лампочки. Производство и импортирование ламп накаливания на 40 Вт и 60 Вт, часто используемых в большинстве американских домов, было запрещено в США в конце 2013 года. А лампочки на 75 Вт и 100 Вт были ликвидированы в 2012 году.

Причиной таких решений стала потребность в более эффективном электрическом выходном сигнале, которую инициировало управление по охране окружающей среды США. Основной причиной столь кардинальных перемен была необходимость снизить потребление электроэнергии. Таким образом, твердотельный светодиодный эквивалент, требующий лишь одну восьмую мощности, чтобы генерировать выход равного объёма люменов, проложил свой путь в современный мир.

Эта последовательность эволюционных перемен от раскалённой добела электрической лампочки до твердотельного освещения, является аналогом текущей миграции, происходящей в автомобильной промышленности, в частности в сфере освещения. В то время как красные светодиоды вот уже более 10 лет используются для подсветки стоп-сигналов и задних габаритов, подсветка внутреннего интерьера автомобиля и передних фар вышла на новый уровень развития.

На сегодняшний день светодиоды составляют более 70% внутренних индикаторных ламп и более 45% освещения приборной панели автомобиля. Сравните это с дневными ходовыми огнями, в которых светодиодов более чем 55%, и фарами, где светодиодные LED лампы используются приблизительно на 5%. Почему же светодиодные фары не пользуются повышенным спросом, так как светодиоды, используемые в иных формах автомобильного освещения?

Вся ирония в том, что хотя фары ближнего и дальнего света, а также противотуманные фары являются потенциальным местом применения светодиодных ламп, они по-прежнему мало оснащены ими. Одной из основных причин этого парадокса является высокая стоимость LED ламп, которая делает невозможной их реализацию по той цене, которую потребитель готов заплатить. Цена светодиодов может быть на 100% выше стоимости галогенных фар и в 1,5 раза больше, чем стоимость ксеноновых ламп. Кстати, первые ксеноновые фары появились на BMW 7 серии 1991 года.

Светодиодные фары

Прежде чем углубиться в причины низкого коэффициента внедрения, полезно понять, почему многие водители, и даже OEM-производители, предпочитают продукты светодиодного освещения. Они включают в себя, но не ограничиваются, следующим:

1. Функциональность и гибкость дизайна. Благодаря своей конфигурации и неимоверному дизайну светодиоды обеспечивают широкий диапазон затемнения. Это связано с тем, что человеческий глаз очень чувствителен к небольшим отклонениям в электрическом выходном сигнале.
2. Энергосбережение и снижение выбросов CO2. Светодиоды не только обладают лучшей энергетической эффективностью, тем самым уменьшая затраты энергии, необходимой для их питания, но они также имеют долгий срок жизненного цикла.
3. Стоимость. Это может показаться парадоксальным, но из-за низких потребительских показателей производители LED продукции снизили стоимость на светодиоды и улучшили их качество и эксплуатационные данные.
4. Нормативный аспект. Правительственные постановления, которые устанавливают требования к дневным ходовым огням и фарам, а также к другим видам освещения автомобиля, увеличили спрос на светодиодное освещение.

Ни для кого не секрет, что Audi считается лидером, когда дело доходит до использования светодиодов в освещении экстерьера автомобиля. Знаменитые «брови» на фарах очень заметны любому, кто видит их в зеркале заднего вида. Компания была первой, кто использовал светодиодные фары на Audi R8 2004 года выпуска. Кроме всего прочего, Audi хорошо известна своими матричными фарами, которые могут направлять луч.

Где устанавливаются светодиоды

Из-за своей люминесценции светодиодные фары помещаются между галогенными и газоразрядными лампами. Они способны обеспечивать гораздо больше сфокусированных лучей, а также создавать различные фигуры. Благодаря своим малым размерам, светодиоды позволяют автомобильным производителям создавать все виды форм и сборок, которые бы идеально соответствовали их моделям.

Хотя светодиоды не излучают тепло, когда загораются, они всё же создают определённое количество тепла в нижней части излучателя, создавая тем самым потенциальную опасность для соседних узлов и кабелей подключения. По этой причине светодиодные фары нуждаются в системах охлаждения, таких как радиаторы или вентиляторы, предотвращающие их плавление. Эти системы охлаждения располагаются в моторном отсеке, который сам по себе не является достаточно прохладным местом, способным поддерживать необходимую температуру. Вследствие этого светодиодные фары довольно сложно спроектировать и внедрить в автомобиль.

При всей своей многофункциональности светодиоды не могут оставаться единственной альтернативой для следующего поколения фар. Недавно стало известно, что Audi R8 теперь имеет дополнительный лазер дальнего света. Эта система просто великолепна во всём, что касается «неослепляющего» дальнего освещения, которое может оставаться включенным при встречном движении автомобилей. Специальное устройство внутри фары изменяет освещение с дальнего на ближний только в радиусе встречного авто. Остальная же часть дороги, освещённая дальним светом, находится в прекрасной видимости. По сравнению со светодиодными LED фарами, лазерный прожектор Audi может бросить свой луч на расстояние до 600 метров.

Интегральные микросхемы

В отличие от ламп накаливания, которые создают световой поток, путём передачи электрического тока через их нить, для запуска работы светодиодов требуются специализированные интегральные схемы драйверов (ICS). Одной из ключевых характеристик драйвера такой схемы является способность адекватно приглушать освещение светодиодных фар. Поскольку светодиоды управляются постоянным током, уровень которого пропорционален их яркости, изменять яркость светодиодов можно путём регулирования тока светодиодов. Делается это двумя способами:

Первый метод – это аналоговое диммирование, при котором уровень постоянного тока светодиодов снижается пропорционально. Уменьшение тока светодиодов может привести к изменению их цвета или к неточному контролю тока светодиодов.

Второй метод – цифровой или так называемый способ широтно-импульсной модуляции (ШИМ). С помощью данного метода, светодиод переключается при частоте 100 Гц и выше, которая не воспринимается человеческим глазом. Скважность импульсов на ШИМ пропорциональна яркости светодиодов, в то время как ток светодиодов остаётся на уровне, заданном интегральной схемой, сохраняющей постоянный цвет светодиода при высоком коэффициенте яркости. В некоторых приложениях этот метод ШИМ диммирования можно использовать с соотношением 3000:1.

В случае светодиодов высокой яркости, линейные интегральные микросхемы драйверов способны выдавать достаточный ток и напряжение для различных типов LED конфигурации в топологии преобразования, которой достаточно для диапазона входных напряжений и требуемого выходного напряжения. Такая микросхема, как правило, наделена следующими качествами:

• широкий входной диапазон напряжения;
• широкий выходной диапазон напряжения;
• высокая эффективность преобразования;
• чёткая регулировка тока светодиодов;
• малошумный постоянно-частотный режим;
• независимый контроль приглушения света;
• широкий диапазон регулирования яркости;
• компактное устройство с минимальным числом внешних компонентов.

Давайте более детально рассмотрим одну интегральную микросхему драйвера для светодиодов в обычной фаре. Новый LT3965 имеющий диапазон входного и выходного напряжения в 80 вольт, может обеспечить постоянный ток и выполнять функцию преобразователя постоянного напряжения. Эта топология позволяет LT3965 управлять сильноточными светодиодами. В нём также находится силовой N-канальный MOSFET транзистор номинальной мощностью от 84 вольт при токе 3.3 ампера, который управляется внутренней регулируемой 7.15 вольтовой подачей.

Фиксированная частота и архитектура токового режима способствуют стабильной работе в широком диапазоне питания и выходном напряжении. Вход цепи обратной связи FB служит в качестве ввода для некоторых защитных функций, а также даёт возможность преобразователю генерировать как постоянный источник напряжения. Частотный регулировочный вывод позволяет пользователю запрограммировать частоты от 100 кГц до 1 МГц, чтобы оптимизировать эффективность, производительность, или размер внешних компонентов.

Несмотря на низкий уровень внедрения светодиодных LED фар, прогресс их эксплуатационных характеристик становится слишком заманчивым для автомобильной промышленности. К этим достоинствам можно отнести повышенную безопасность водителя, гибкий стайлинг кузова, экономию энергии и шикарный внешний вид автомобиля, вызывающий желание купить его. Будьте внимательны, когда едете в своём авто, потому что скоро в зеркале заднего вида вы увидите значительно большее количество «симпатичных глазок».

© rusavtoplus.ru, 2013-2024 | Все права защищены

Метки: LED фары, Фары