浅谈汽车LED前照灯设计方法及流程

吴露露

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230022）

引言

随着LED光源技术的发展，汽车LED照明应用已经越来越广泛，开发LED光源的大灯已经成为现在市场的迫切需求，对提升江淮汽车产品竞争力和品牌美誉度有重要影响。

LED前大灯与普通卤素、氙气大灯的主要区别在于 LED模块的结构、散热和电路设计，因此，本设计指南从LED模块的结构、散热和电路设计三个方面阐述LED前大灯的设计要点。

1 LED前照灯设计流程简介

1.1 设计流程

开发指令及造型输入、成本重量指标输入、方案说明及构想、结构设计、电子设计、CAE分析、结构快件制作、结构评审、夜间照明效果评审、改进、设计冻结。

1.2 前期相关输入

1.2.1 造型输入

造型效果输入决定了结构设计形式，结构设计形式分为：矩阵反射碗式、矩阵远近光分体透镜式、远近光一体透镜式。

图1 LED前照灯结构实例

1.2.2 成本重量输入

成本输入决定了LED颗粒数量及电路形式，包括：1颗式5芯LED，3+2式5颗2芯LED。

重量输入决定了散热形式及材料选择，包括：散热采用主动散热还是别动散热，透镜选择玻璃材料还是塑料材料。

2 结构设计

2.1 LED双光透镜结构组成

表1 LED双光透镜零部件清单

2.2 散热器设计

2.2.1 散热器类型

图2 LED双光透镜结构示意

表2 散热器类型

散热器分为主动散热和被动散热两种，主动散热是依靠风扇加快热量流通，散热效率更高；被动散热依靠铸铝将热量疏散。被动散热可以满足的情况下，优先选择被动散热形式。

2.2.2 散热设计及验证方案

根据选定的LED的最大Tj值要求，进行LED散热设计。散热设计的前提是保证LED有稳定的光输出.基本原则是LED在工作条件下的温升加上环境温度Ta.不应超过LED结点使用温度（参照各LED特性参数说明）

A）散热器高度/间隔大小验证实验设计方案

环境温度70℃：实验时间：1 hour

针对Al-PCB电阻元器件的样件。固定输入电压.针对三个不同的散热器分别进行实验，测定焊点温度差异，得出经验公式：D=0.12H，单位：cm²（D为截面表面积，H为间距）

散热器尺寸图5所示

图3 散热器尺寸差异效果对比

B）散热器面积对应散热器功率值

环境温度：70℃：实验时间：1 hour

对电阻输入--电压。固定功率值。电阻使用散热器后。得到--焊点温度T1：然后取下散热器。对电阻重新输入电压值。使得焊点温度值与焊点温度T1一致。计算得出输入功率值差异。即为散热器散热面积对应功率值Q。

2.3 电子设计

2.3.1 输入条件

驱动电路设计前，需得到LED颗粒型号、数量、工作电流等设计输入，才可以进行准确的电路设计。

LED的颗粒型号由功能灯所需的配光光通量及LED颗粒数量决定。

表3 LED颗粒配置

LED颗粒的数量由灯具造型和配光需求决定。其中灯具造型中有明确颗粒数的，可以直接确定LED颗粒数；若造型上无明显的颗粒数要求，则由功能灯的配光光通量及LED颗粒型号来决定LED的颗粒数量。

LED的工作电流由配光所需光通量、LED数量、LED颗粒型号共同决定。通常LED的工作电流尽量选择LED颗粒型号所用的正常额定工作电流。

目前，市场上主流LED透镜双光配置如表3。

随着流明值越大，颗粒的数量及功率越大，成本也越高，在透镜设计过程中需根据光学需求等级进行颗粒配置的选择。

2.4 电路设计

通常远近光灯所需的配光光通量较大，LED总功率需求在20W左右，若采用较低电气效率的电路会导致有较大的发热量，因此，均会采用高电气效率的IC恒流的控制电路。

IC恒流控制电路，均采用DC/DC变换器，对输入/输出电压进行调配，具体是采用升压式变换器还是降压式电路，根据LED的颗粒数量进行适应性设计

远近光灯功能IC芯片在市场上有多种型号及规格芯片，芯片的选择取决于芯片的稳定性、厂家选择芯片的通用性以及芯片的供货量，芯片应具有欠压保护、过压保护、LEDbin管理、热管理、开短路保护、诊断等功能。

本文选择的芯片为 TI LM3423，该芯片对于升压、降压电路均适用。

此IC芯片功能及工作原理说明：施加电源后，IC控制切换元件进行开关，持续调整切换元件的开关比例，并同时侦测输出电流是否到达设定的点，若达到设定点则固定开关比例，且持续将输入电源转换成LED所需的能量。

此IC芯片内部电路结构如下：

图4 IC芯片内部电路结构图

TI LM3423芯片运用典型例

升压电路典型电路如图5所示：

降压电路典型电路如图6所示：

升降压电路典型例如图7所示：

图5 升压电路典型电路图

图6 降压电路典型电路图

图7 升降压电路典型电路图

3 结论

本文通过对LED前照灯设计流程及设计原则的介绍，明确了一般LED前照灯的设计方法，此流程基于国内某车厂多款LED前照灯开发总结归纳而来。随着LED前照灯的不断开发，本文所介绍的设计流程需要不断更新、优化。