863项目LED汽车灯技术总结报告.docx

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1、863项目LED汽车灯技术总结报告 课题编号：2006AA03A1 54 密级：公开级 大功率LED车灯探讨及规模化应用技术报告 2006.12.012008.12.31 课题名称： 大功率LED车灯探讨及规模化应用 所属专题/项目： 半导体照明工程 所属技术领域： 新材料技术领域 郑福荣 课题负责人： 天津一汽夏利汽车股份有限公司 课题依托单位： 课题参与单位： 课题起止期限： 2006年12月01日至2009年12月31日 2009年12月20日编制 书目 一、探讨现状 .3 二、合同规定的考核指标、年度安排 .4 三、项目完成状况 .5 1技术特征 .6 1.1总体性能 .6 1.2 L

2、ED光源 .6 1.3 光学结构 .8 2 模拟与分析结果 .19 3工艺标准与检测方法 .22 4探讨成果介绍 .23 2 一、探讨现状 发光二极管（LED）具有节能、高效、环保等多项优点，近年来被越来越广泛的应用在一般照明中。随着汽车工业的高速发展和LED光效的不断提高，LED在汽车中的应用也越来越普遍，包括内部照明灯、制动灯、转向灯、尾灯等都已起先运用LED作光源。前照灯由于对亮度的要求较高，目前仍旧主要采纳HID气体放电灯，只有少数概念车推出了LED前照灯。然而作为一种高效节能的新型光源，LED代替其他光源作为新一代前照灯光源也将成为必定。 由于LED是准光源，光发散角小，假如不实行有

3、效措施变更光的传播方向、合理配光，将无法满意汽车前照灯的光型需求；同时，尽管大功率LED的发光效率在按指数规律提高，单颗LED的光源仍旧无法满意汽车前照灯的亮度需求，因此需配置七颗LED，合理设计反光杯，满意了汽车前照灯的照明要求。 散热是LED照明应用设计工作中至关重要的部分，散热是否良好确定了灯具的运用寿命是否能达到预定值。LED结温上升，会干脆削减芯片出射的光子，使发光效率降低；结温上升还会使芯片的光谱发生红移，色温质量下降，尤其是对基于蓝光LED激发黄色荧光粉的白光LED器件更为严峻，其中荧光粉的转换效率也随着温度的上升而降低。因此散热设计成为大功率LED应用中特别重要的一环。 目前全

4、车内部采纳LED的车厂家几乎全为欧洲的公司，在外部照明运用LED方面，欧洲和日本汽车将第三刹车灯改成LED的比率已超过80 %。相比国外，国内汽车应用LED要滞后几年，仍处于起步阶段，目前主要用于中高档轿车市场。但是，从LED车灯技术发呈现状与趋势来讲，我国LED高位制动灯起先进一步普及，价格在稳步下降，LED后制动灯、转向灯和雾灯起先商品化，LED汽车灯具向特性化和艺术化方向发展，同时LED智能限制系统发展也很快。目前LED汽车灯具的重点探讨方向是LED前照灯，以及LED车灯与AFS(自适应性车灯限制系统)结合，其中高效、大功率、高牢靠性的LED元件探讨、车灯与特别的散热技术和光学设计是关键

5、。 3 二、合同规定的考核指标、年度安排 本项目预期达到的目标是： 研制出23种LED轿车前照灯灯样。 近光灯光通量1000lm。 3000小时内光衰 建立LED汽车前照灯规模化生产的检测技术。 开发LED汽车前照灯规模化生产的高效生产工艺技术。 形成年产3万套的生产实力。 LED汽车前大灯满意相关国家标准。 课题完成后预料实现年销售额3000万元。 其主要考核指标如下： 1技术指标 设计前照灯近光灯时间通量达到1000 lm以上，3000小时内光衰 2经济指标 初步实现在天津一汽经济型轿车上运用的LED汽车前照灯。课题完成后形成年产3万套的生产实力。预料实现年销售额3000万元。 3成果、学

6、问产权和人才培育指标 提交具有不同结构形式的LED布置成熟样品2-3种；在芯片制备、封装、光学设计、散热结构、抗振机械设计及电气限制等方面申请专利68项；发表论文56篇；培育博士探讨生3名，硕士生10名。 本项目的实施，将解决LED汽车前照大灯产品工业化生产的关键技术难题，研发出可用于经济型汽车整车及配套零部件生产的LED车用前照灯产品。并形成相关技术的自主学问产权，以此带动我国LED相关产业工业的发展。此外，通过本项目的实施，还可促进半导体照明行业及高校、科研单位相关基础探讨，为今后我国相关产业项目的研发供应坚实的学问储备。 年度安排： 4 20062007年 1、文献调研，确定总体设计方案

7、； 2、解决大功率白光LED芯片散热及封装关键技术问题，提高产品牢靠性； 3、解决LED封装中的光学分布问题 20072008年 1、解决新型LED汽车前照灯外型设计问题； 2、LED汽车前照灯的光学、电路设计及测试方法探讨； 3、解决LED汽车前照灯散热结构、抗震结构设计及检测技术问题 20082009年 1、电气限制系统设计、牢靠性评估及成本限制； 2、产品定制及测试； 3、进行整车应用、测试评估；组织鉴定和验收。 三、项目完成状况 我们在现有威乐汽车前照灯组合结构的基础上，制作了汽车前照灯的反光杯快速成型模型及LED汽车前照灯样灯。提出了热管散热器的导热、散热方式，仿真和测试结果表明能够

8、起到较好的散热效果，并提出了今后散热方向的发展是智能散热。 大功率LED驱动也关系大功率LED汽车前照灯具寿命和性能的关键部分，针对大功率LED的性能提出了合理的驱动，这个合理的驱动设计可以提高灯具的寿命和性能。图一为前照灯整灯照片。 图一整灯照片 1技术特征 1.1总体性能 所研制出的LED轿车前照灯灯样,近光灯光通量1000lm。3000小时内光衰 1.2 LED光源 封装型式：4芯片或5芯片直线形串联封装在一个基板上，成为一颗LED。芯片封装排列长度4.55.5mm； 光电参数要求：典型工作电流：350 500mA, 典型光通输出：350 500lm以上（单颗功率5W） 输出光型：120

9、朗伯光 典型色度：x=0.33 y=0.33 ;CCT=5600K 前照灯的光色应为白色，以CIE色度坐标表示，其色度特性在以下坐标边线之内： 趋兰极限: x 0.310 趋黄极限: x 0.050 + 0.750 x 趋红极限: y 0.382 显色性：大于70/80 热阻：Rth4K/W 极限耐温值：145，保证牢靠性 6 ESD承受电压：2000V 图2 LED光源 图3 LED光源光谱特性 图4 LED光源 辐射分布 1.3 光学结构 远光灯： 为了克服现有的汽车灯具不能干脆将光源替换为LED光源的困难，将远光灯和位置灯组合在一起，既节约了空间，又能够满意远光灯对光通量的须要，且能实现

10、较高效率。 采纳的技术方案是：在同一灯室中组合放置远光灯和位置灯，位置灯由8颗LED组成，每颗LED配有独立的反光碗，位置灯通过反射与直射光满意配光要求。位置灯下放为远光灯LED的散热体。远光灯的光源为多芯片封装大功率LED，采纳侧面放光的方式，光源发光经自由曲面反射，光线全部反射汇聚以达到远光配光要求。 这样，可以在有限的空间中同时放置远光灯和位置灯LED光源，同时又可满意LED对散热的要求，同时远光光源经自由曲面反射得到，在满意配光要求的同时有较高的光效。 下面结合附图和实施例对本好用新型进一步说明。 图中1为框架，2为远光反射面，3为前位置灯反光面，图5是远光灯的机械结构图，4为位置灯L

11、ED，5为远光散热体，6为多芯片大功率LED。 详细实施方式 框架（1）作为远光灯和位置灯共同的机械支撑并且起到密封作用。远光反射面（2）为自由曲面，表面为镜面，将多芯片大功率LED（6）发出的光反射汇合达到远光的配光要 8 求。远光灯与位置灯之间由远光散热体（5）隔开，多芯片大功率LED（6）固定于散热体表面。位置灯LED（4）由8颗小功率LED组成，每个LED配有一个独立的位置灯反射面（4），位置灯LED（4）呈V字排列，左右对称。 图5 远光灯的机械结构图 1、框架 2、远光反射面：自由曲面配光设计，可满意远光灯配光要求 3、前位置灯反光面：位置灯通过反射与直射光满意配光要求 4、位置灯

12、LED 5、远光散热体 6、多芯片大功率LED：侧发光，光线全部反射汇聚达到准要求。 近光灯： 为了克服现有的汽车灯具不能干脆将光源替换为LED光源的困难，采纳多芯片大功率LED作为光源，采纳多椭球反射面、挡板、透镜构成光学结构以已形成近光光型。 技术方案：采纳3个相同的光学单元叠加以实现足够的光通量。每个单元采纳多椭球反射 9 面将多芯片大功率LED光源发出的光进行汇聚，经挡板遮拦住部分光线以形成明暗截止线，光线再经透镜汇聚后得到近光灯所需光型。每一个单元配有散热底座，以保证LED对温度的要求。 以LED光源实现了近光灯的配光要求，同时又可满意LED对散热的要求，提高了灯具寿命和效率。 下面

13、结合附图和实施例对本好用新型进一步说明。 图6是近光灯的机械结构图，图中1为衬框，2非球面透镜，3为挡圈，4为M4螺钉，5为挡板，6为M3螺钉,7为多椭球反光杯，8为M4螺钉，9为散热体，10为多芯片大功率LED，11为M2螺钉。 图6 近光灯的机械结构图 衬框（1）起到固定透镜（2）的作用，螺钉（4）协作挡圈（3）将透镜（2）固定于衬框之上。透镜为非球面透镜。挡板（5）一个边缘为Z字型，用以形成近光明暗截止线。挡板（5）通过螺钉（6）固定于多椭球反光杯（7）上。多椭球反光杯（7）与散热体（9）通过螺钉8进行固定。光源（10）固定在散热体（9）上，散热体（9）背面制作岐片，并留有通孔以便热管散

14、热之用。多椭球反光杯（7）反光部分为多椭球反射面， 光源（10）位置处于多椭球反光杯（7）第一焦点旁边。光线经光源发出，一部分光经反射面反射后与直射光经挡板形成明暗截止线，再经透镜后射出。透镜(2)位于多椭球反射面其次焦点旁边。 10 1.4散热结构： 采纳以热管为导热装置的散热结构，热管由管壳、吸液芯和端盖三个部分组成。将管内抽至较高的真空度后充以适量的工作流体，使得紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充溢液体后加以密封。主要是利用工作流体的蒸发与冷凝来传递热量（热管工作流体涵盖从低温应用的氦、氮，到高温应用的钠、钾等液态金属；较为常见的热管工作流体则有氨、水、丙酬及甲醇等），构造如图7所示。

15、图7 热管构造图 如图8所示，热管实现热量转移包含了以下六个相互关联的主要过程： (1)热量从热源通过热管管壁和充溢工作液体的吸液芯传递到（液汽）分界面； (2)液体在蒸发段内的（液汽）分界面上蒸发； (3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段； (4)蒸汽在冷凝段内的汽液分界面上凝聚； (5)热量从（汽液）分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源； (6)在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。 图8 热管热量转移图 （1）近光灯散热结构 采纳热管散热器作为多芯片大功率LED光源的散热装置，将灯室内LED光源产生热量有效导出至灯室之外，并具有调整功能，能够进行近光灯光型的调整。图9所示

16、为近光灯散热结构。 12 图 9 近光灯散热结构 1、图中散热翅片 2、热管 3、热管固定体 4、调整齿轮组一 5、调整支座固定架一 6、散热基体 7、固定支座组 8、固定支座组固定架 9、条形封装LED 10、调整支座固定架二 13 11、调整齿轮组二 详细实施方式 调整齿轮组 一、二，固定支座组把散热体与灯壳有效的连接，并可通过调整齿轮组把上下，左右调整近光光形。 1，2，3为散热翅片组，翅片焊装在热管上，热管焊装在热管固定体上。 4、 5、.6、 7、.8、9为散热基体组件。 安装时先把散热基体组件装入灯壳内，然后把散热翅片组件从灯壳后部装入，通过螺钉固定。 （2）远光灯散热结构 如图1

17、0所示为远光灯散热机构 图10 远光灯散热机构 1、散热翅片 2、热管 3、热管固定体 4、调整齿轮组一 5、散热基体 6、条形封装LED 7、固定支架 8、固定支座组 9、调整齿轮组二 详细实施方式 调整齿轮组 一、二，固定支座组把散热体与灯壳有效的连接，并可通过调整齿轮组把上下，左右调整近光光形。 1，2，3为散热翅片组，翅片焊装在热管上，热管焊装在热管固定体上。 4、5.6.7.8.9为散热基体组件。 先把散热基体组件装入灯壳内，然后把散热翅片组件从灯壳后部装入，通过螺钉固定。 图11 远光灯散热机构 5、电源与限制 1）、整体方案：选择MAXIM 16831作为驱动限制芯片，加外围电路

18、组成驱动电源。 近光灯： 输入电压12V，低于8V自动关断； 输出60V、700mA，高于70V自动关断； 远光灯： 16 输入电压12V，低于8V自动关断； 输出45V、700mA，高于55V自动关断； 注：依据之前做的LED驱动电路阅历，不存在1颗管子失效而对其它管子的过压冲击问题。 优点：输入电压：6V76V，可满意近光灯电源工作电压要求及其爱护要求； 可实现升压拓扑结构，符合汽车近光灯电源需求（输入电压12V，负载电压55.5V）； 具有模拟调光和PWM调光功能，便利实现限制功能； 就有输出过压、输入欠压、过热爱护； 芯片工作温度范围-40125，能满意工作环境的需求。 图12 驱动电

19、路 2）限制部分 电流随温度实时限制：选用Epcos 10K、NTC、8052型、0603封装热敏电阻作为温度采集器件，用新华龙C8051F330型单片机作为限制芯片，实现温度的实时采集、显示，并依据采集的温度输出占空比可调的PWN信号，接驱动芯片的 17 Dim脚，调整LED亮度。 新华龙C8051F330型单片机自带10路A/D转换，可输出占空比可调的PWM信号，电路结构简洁，工作温度-4085，适合汽车近光灯的温度采集、反馈限制。 LED明、暗两档限制：用驱动芯片MAX16831的模拟调光功能实现 车内指示灯是温度超过度车载12V电源车灯限制电路信号车灯电源档位信号明暗档位开关是否有档位

20、信号有 18 2 模拟与分析结果 对设计采纳光学设计软件ASAP进行了了光学建模和仿真，测试屏幕在车灯前方25米处，仿真结果如下： 2.1、远光灯配光曲线 图14 远光灯配光曲线 2 2、近光灯配光曲线 图15 近光灯配光曲线 2.3、转向灯配光曲线 图16 转向灯配光曲线 对于散热，采纳ICEPACK散热分析软件进行了模拟，结果如下： 图17 远光灯散热分析 21 图18 近光散热分析 3工艺标准与检测方法 目前，对LED车灯还没有正式的国际和国家标准。项目组同全国汽车标准号委员会合作，在对国内外相关车灯的标准法规的广泛探讨的基础上，归纳总结了国内外标准对LED前照灯的技术要求，在此基础上，

21、针对LED光源及车灯的技术特点，对LED车灯及LED光源模块的要求的测试技术进行探讨，起草制订了我国对LED前照灯的国家标准，目前已经完成起草制订工作，等待全国标准化委员会的批准和颁布。 22 4探讨成果介绍 已发表的论文： 李寅涛.基于IRS2540限制器的大功率LED电源.光机电信息.2008年第10期 王彩凤.Thermal Analysis of high power LED on heat sink.半导体光子学与技术2008年第三期 丁柯.New high efficiency LED lighting solution.半导体光子学与技术2008年第三期 燕坤善.一种LED汽车头

22、灯驱动电路.天津工业高校学报 2009年第一期 高铁成.球投射式LED汽车前照灯光学设计.学技术.2008.年第12期 高铁成.LED汽车前照灯的探讨.源与照明.2008年第4期 高铁成.LED汽车前照灯的发展历程.照明工程学报.2009年增刊 阎春光.基于ASAP软件的LED光学特性模拟.现代显示.2008年第9期 已申请专利： 1、一种LED电路的驱动方法 2、一种汽车前照灯的远光位置组合灯 3、一种新型功率型LED汽车灯的热管散热结构 4、大功率LED汽车远光灯 5、一种LED汽车灯的驱动电源及限制模块 6、LED汽车前照远光灯散热结构 7、一种汽车前照灯近光灯 起草标准： 1、汽车LE

23、D前照灯标准，已经完成报批稿，并在2009年初向国标委申报，等待批准发布。 2、汽车LED前雾灯标准制定安排项目，已经申报，等待国标委的批复立项。 23 863项目LED汽车灯技术总结报告 LED汽车灯保养阅历共享 汽车灯罩报告总结 汽车灯罩报告总结 863项目介绍 LED汽车灯优缺点,性能前景分析等 LED汽车灯优缺点性能前景分析等总结材料 关于863项目材料的撰写 2项目探讨工作总结报告 7项目专项平安自查自纠总结报告 本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第21页 共21页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页