欧司朗光电半导体亚洲有限公司亚太区市场资深总监钟介聪 |
根据IEK的调查报告显示，尽管最近几年全球车灯市场的营收成长处于较为平稳的水平，现阶段车用LED在整体车灯市场的应用比例也仅为8%左右(主要指乘用车)，但其后势发展却不可小觑，据预计，包括车内环境及外部照明在内，LED在汽车行业的渗透率将保持年均13%的复合增长率。而从目前的实际情况来看，LED已经牢固建立起了在汽车内饰应用中的地位，从仪表盘背景灯、指示灯、背光照明开关、平视显示器，到各种照明灯，以及车内情境照明等，无不突显出汽车的高档性和驾车者的环保态度。在外部照明中，LED同样在高位刹车灯的应用中已相当普及，市场渗透率达到80%左右；尾灯和侧转弯灯也保持着高速的增长。
乘用车LED应用发展状况(白色：普及应用阶段；兰色：替代推广阶段；黄色：技术研发阶段)
Source：勤上光电1S4esmc
LED之所以得到汽车厂商的青睐，一方面是由于本身具有的节能环保、可靠性高、工作电流小、抗机械冲击和震动能力较强，以及可与数字电路兼容等诸多优点；另一方面，LED在设计上的灵活性，使得它在车型设计和定位带来的附加价值日益突显。例如，将RGB LED融合在汽车内饰照明中，汽车制造商可以借此为驾驶者提供可预设的选色区，实现自由选择喜欢的环境光色彩。“你可以在早晨启动行程时选择宁静柔和的绿色；而在晚上驱车前往俱乐部时将其变幻为鲜亮的粉红色，以提高驾驶人员的心情和情绪。这些按需选色的汽车内饰功能通过使用特殊的企业标识色彩，不但可以让车厂按照灯光色彩来区分不同的车系，而且还能帮助汽车制造商从竞争伙伴中脱颖而出。”欧司朗光电半导体亚洲有限公司亚太区市场资深总监钟介聪说道。
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外部照明成为下一个热点
在LED迅速向汽车领域渗透的过程中，外部照明无疑是未来LED在汽车应用中的一个重要增长点。“车外照明正从尾灯、角灯、高位刹车灯等，逐步扩展到日间行车灯、转向灯、雾灯以及前照大灯等大功率照明，”恩智浦(NXP)半导体汽车电子业务(大中华区)产品应用总监吕浩同样表示道，“据市场分析和预测，以价格算，在未来几年内车头前大灯(远/近光)LED市场将会有大幅度的增长，同时，日间行车灯和组合式尾灯的增长速度也较快。”
钟介聪也指出，越来越多的中档汽车开始采用LED尾灯组，如大众帕萨特(VW Passat)、高尔夫Plus(Golf Plus)和宝马5系列(BMW 5 Series)等。除了尺寸小、热稳定性和寿命长这些一般性优点之外，LED还具有踩下刹车踏板时点亮非常迅速的应用优势，因而成为了汽车刹车灯的理想之选；此外，尾灯组还可以让人立即识别出汽车的类型，所以它的设计重要性也越来越明显。
以车头前大灯为例，2008年丰田雷克萨斯LS600CH、奥迪R8、凯迪拉克凯雷德等高端车型相继采用LED前车灯，一开始只用作日间行车灯，而现在已在部分车型中用作近光前灯，其他汽车制造商也纷纷紧随其后，使得LED前大灯逐渐成为高档汽车的身份象征。但由于车头前大灯对配光要求严格和大功率散热难题等因素，设计难度较大，属于车灯应用中技术含量较高的领域，目前仅有少数一两家车灯厂商能够提供品质优良的LED灯产品，全球车灯行业LED前照灯的渗透率仅为1%左右，市场潜力自然相当诱人。2012年1月1日起，《GB25991-2010汽车用LED前照灯》国家新标准正式实施，对于汽车用LED光源/模块，或含有LED光源/模块的前照灯配光性能、光色、温度循环等试验方法和检测规则做出为详细的指导和规定。大部分市场人士认为，LED具有适应于汽车车身造型和内部设计的灵活性，且能满足日益提高的能耗规范，随着LED组件成本性能比的降低以及发光效率的提升，广泛的LED产品组合将开辟出无限多种可能的车头灯设计方案，从而使得LED灯与其它种类的照明灯具(如：HID氙气灯)一起在车头前大灯应用中并驾齐驱。
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高亮度LED成为首选
在车用照明中，首先强调的是LED光的亮度，包括尾灯、高位刹车灯、转向灯、侧标志灯以及近光和远光车头灯等都要求具备较高的光流明输出。据介绍，高位刹车灯的典型光效要求一般在25lm至60lm之间；转向灯的典型要求则是50lm至120lm之间；对车头灯流明值的要求为1000lm(UNECE R112 附录9)。汽车制造商通常会根据汽车的不同市场定位、档次来选不同的LED产品组合。
钟介聪表示，LED照明要想在未来汽车市场上取得成功，除了必须要达到汽车级别的可靠性和质量要求之外，还需要不断提升效率级别(lm/W)和流明值、增加亮度，并在整个使用寿命过程中保持亮度不变，且逐步降低成本，这些都要求厂商在芯片和封装技术的开发上不断创新。就产品而言，高品质光是一个关键因素，它包括良好的显色性和光的均匀性，对于白光 LED，尤其是一个颜色组(分选)内的白色色调应精确匹配；此外，封装特性和光束特性的重要性也不容忽视。
欧司朗Oslon LX LED可为低端汽车提供高光输出和高能效兼备的LED光源。
1S4esmc
作为汽车行业全球最大的LED供应商，欧司朗致力于开发达到汽车级可靠性和质量要求、且满足汽车内部与外部应用、不同亮度级别的微型LED和高功率LED产品。例如，欧司朗高功率多芯片OSTAR Headlamp Pro LED和Black Flat LED均结合了最新芯片和封装技术，并备有陶瓷转换类别；都能在高电流下实现高光输出，提供均匀的光型、热稳定性和良好的对比率，适用于从转向灯到雾灯等各种功能。另外，欧司朗仅为2平方毫米大小的高亮度OSLON Compact LED是目前是汽车应用中最小巧的高功率LED，当功耗为5W且工作电流为1.4A时，它的典型亮度达到330lm，可为汽车制造商的个性化车头灯设计提供较大的灵活性。而其低成本的Oslon LX LED解决方案具有高光输出和高能效兼备的LED光源特性，适用于低端微型汽车，主要应用对象包括昼间行驶灯和雾灯。
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适应严苛的汽车应用环境
汽车应用中的另一项挑战来自于严苛的车辆使用环境。首先是车内的环境温度，例如前灯组由于靠近发动机，温度常常超过85℃，因此需要LED驱动芯片能够适应更大的环境工作温度范围，甚至必须满足-40℃到175℃的极温要求，同时驱动器应具备更高的转换效率，来减少本身电路的发热。其次，不同于传统的DC/DC 转换器的供电，汽车电池供电电压由于启动电机启动以及启停系统等的应用，需要更宽输入电压范围，要求驱动芯片能满足6~21V的工作电压，同时要有能力应对输入线上的高脉冲电压而不受损伤，这些都需要优秀的设计和制造工艺作保障。
恩智浦半导体汽车电子业务(大中华区)产品应用总监吕浩 |
吕浩进一步指出，随着车内各种电子电器的大规模应用，电磁兼容特性成为LED驱动器的重要特性，而驱动芯片的选择会对驱动器的电磁兼容性能有很大的影响。另外，随着车辆安全设计规范的实施，还需要提供各类诊断和保护功能，如过温保护、开短路保护等。同时，车内空间非常紧凑，需要更高集成度的驱动电路来实现小巧紧凑的占板面积和极少的外部组件，以提高安装的便利性，降低成本。针对车灯的LED各种配置，要求满足多至二十颗左右LED的驱动电压，驱动电路必须要在满足宽输入电压范围的同时提供宽的输出电压。
目前，NXP利用其优秀的数模混合信号半导体设计队伍，同时整合NXP的ABCD9工艺平台以及NXP在照明以及车载半导体领域的IP技术，严格按照AEC-Q100标准规范进行设计验证和参考方案设计。在汽车LED 应用方面，NXP主要提供两大类产品：车内照明部分有已经在仪表板以及车载娱乐系统中大规模使用的小功率LED 驱动器，还有集成了LIN-SW的车内氛围灯驱动器；而针对车外照明部分，NXP推出了单路高效DC-DC恒流驱动芯片系列ASL10xxXTK，采用升降压拓扑架构可以支持6~25V的输入电压，输出最多至60V的应用，同时电流设定方式方便实用，并带有各类保护功能，内置PWM发生器可产生2.6倍于输入频率的输出调光频率。
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本文下一页：加强产业合作应需研制产品
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加强产业合作应需研制产品
谈到LED在汽车这一特殊领域的应用前景，有厂商表示，整车需求是主导汽车电子发展的重要动力，现阶段仍然需要强化整体产业链上各个供应厂商之间的合作，包括汽车制造厂商、汽车照明厂商、LED产品供应厂商等在内，大家共同探讨和制定出适用于汽车照明未来需求的LED产品。
具体来说，一方面，LED厂商可以通过对整车厂的设计开发部门进行LED各项产品技术的推介，加深整车厂对LED产品以及未来发展趋势的了解，从而在下一代平台设计开发中充分利用LED在汽车照明领域实现革新。另一方面，LED厂商还应进一步了解车厂对LED照明产品的需求，和整车厂、照明模组制造厂商一道定义出产品的规格，改进更新产品的研发路线图。同时，更高性价比的系统解决方案，更简洁可靠的参考设计，以及更快速响应的应用团队，都将对LED 产品在汽车行业的广泛应用带来促进作用。
针对LED驱动电路部分，吕浩认为，高功率LED的引入将逐步使得DC-DC LED驱动器成为必须，LED驱动芯片将逐步实现多路集成化和控制智能化。这是因为随着LED的广泛应用，集成式的LED车头灯组将需要更加紧凑有效的多路驱动LED驱动模组，在一块板上驱动包括远近光(多路LED)、雾灯、转向灯，以及日行灯等多路LED光源，整个模组通过CAN或LIN协议与车身控制单元实现通信，更可以进行更为复杂的控制和诊断。而在智能化方面，则可以通过优化的算法对LED前照大灯的多路LED进行控制，实现智能前照灯所需的各种光强、光形和光角的控制。
据了解，为了适应LED车头前大灯应用的需求趋势，NXP正与国际一线车厂和车灯一线供应商一起定义研发出下一代多路车载LED驱动方案，该方案的应用电路有两级，前级是多相升压电路，把电池电压升高给后级提供稳定的供电。后级是多路降压电路，每一路都是独立的。前级和后级的控制芯片分开，升压前级和降压后级各有一系列产品可以驱动不同的相数和输出路数。通过前级芯片和后级芯片的不同组合，可模块化地轻松实现从2路到8路，甚至更多路的LED驱动器整合设计。升压和降压的全系列芯片都可以通过SPI接口与驱动器板上的MCU进行通信，系统效率大于90%，最大单路驱动电流可达到1.5A以上。
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