LED车内氛围灯设计

张军

【摘 要】LED车内氛围灯是以发光二极管作为光源的照明设备，由于其具有高光效，寿命长，节能环保，点阵排列，形态自由，色彩多样等与传统车内照明设备相比明显的优势，除节能效果显著外，还能提高照明效果改变车内氛围。所以成为国内外汽车照明企业设计研发的主流方向。本文分析LED技术的背景，针对用户功能需求，提出了车内仪表板、中控台、迎宾灯等灯具设计，采用模块化设计方法，控制各个灯组。

【关键词】三基色混光；半导体发光二极管（LED）；模块化设计

1 技术原理创新点

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种将电能转换为可见光的固体半导体器件，它可以直接把电能转换为光能[1]。LED车内氛围灯依据车内人员对光线颜色和亮度的要求，灵活确定光学系统外形和需配置的LED光源数目及功率大小。根据汽车内饰特征，组合LED发光管并设定配光分布控制，成为“二次光源”，连接配套电源及驱动电路[2]。普通LED变色灯的设计图如图1所示，它可以发出青、黄、绿、紫、蓝、红、白几种颜色的光。设计相对简单，色彩相对单一，并且需要汽车内部带有220V交流电接口。稳压电源输出15V电压给LED灯组供电，另外还输出14.6V给LED控制器供电，控制器通过输出低电平来控制LED灯的颜色。

2 RGB混光原理

双色LED一般由红光LED和绿光LED组成，它可以单独发出红光或绿光。若红光及绿光同时点亮时，红绿两种光混合成橙黄色。同理红、蓝两色LED同时点亮时产生紫色。若红、绿、蓝三种LED同时点亮则会产生白光。如果有电路能使红、绿、蓝光LED分别两两点亮、单独点亮及三基色LED同时点亮，则能发出青、黄、绿、紫、蓝、红、白七种不同颜色的光[3]。本文中的三基色混光，指的是基于红绿蓝（RGB）的加性混光原理。三基色加性混光指的是利用红光LED（R-LED），绿光LED（G-LED），蓝光LED（B-LED）进行混光，产生各种照明色彩[4-5]。根据国际照明委员会（CIE）色度图得知，光的色彩与三基色R、G、B的光通量比例因子fR、fG、fB有关，并且满足fR+fG+fG=1，调节fR、fG、fB的值，就可以调节最终输出光的色彩[6]。因此实际上可以通过调节LED的电流，来调节该LED的亮度，同时调节3颗LED的电流，便可以调节输出光的颜色和亮度。RGB混光原理变色灯理论上有2种颜色可以进行选择，以此满足用户实际的使用需求，这样可以在节约能源的同时达到愉悦心灵的目的，从而改善生活品质。如图2所示，为某汽车加装的LED车内氛围灯的效果图。

3 硬件设计

LED车内氛围灯硬件系统由变压器、用户接口及LED电路板三部分构成。由于轿车电池一般为12V，变压器也采用12V直流稳压电源。用户接口为触摸按键子单元，MCU控制子单元可以根据用户按键输入的信号控制LED子单元做出相应的颜色变化。LED电路板则集成了恒流源子单元、恒压源子单元、MCU主控子单元以及LED子单元。具体硬件设计图如图 3所示。

4 工作原理

MCU主控制子单元是硬件系统的核心部分，它将触摸按键子单元输入的信号转化为对LED子单元的颜色控制。恒流源子单元负责提供LED子单元所需的恒定电流，恒压源子单元负责给MCU主控子单元和触摸按键子单元提供所需的恒定电压。 LED子单元由由多组3个三基色LED组成，内含LED短接控制电路，因此MCU可以对各个LED进行单独控制。

5 结论

本文中三基色LED变色技术的车内氛围灯结合现有LED技术，通过模块化设计能够产生65536种颜色，可以通过改变不同颜色，以此来满足同一消费者不同用车环境下的要求，同时也可以满足不同消费者的使用要求，此外因其使用方式灵活多变，形态多样，功能更加贴合用户需求，并且能够有效的提高电能利用率，明显改善车内环境。因此会受到燃料汽车用户的青睐，将来在电动汽车领域会得到更加广泛地应用。

【参考文献】

[1]李茂春.LED结构原理与应用技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]彭克星，张黎伟.基于模块化的LED室内照明系列灯具开发设计[J].机械设计，2013.

[3]方佩敏.LED变色灯的剖析[J].北京：电子世界，2006.

[4]E.Fred Schubert.Light-Emitting Diodes[M].New York：Cambridge University Press，2006.

[5]Arturas Zukauskas，Michael Shur，Remis Gaska.Introuduction to Solid State Lighting[M].New York：John Wiley & Sons.Inc，2002.

[6]徐建林.可遥控的三基色LED灯系统设计与实现[J].

[责任编辑：汤静]