量產(chǎn)階段的汽車燈LED模組光通量范圍的確定

吳秋杰

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量產(chǎn)階段的汽車燈LED模組光通量范圍的確定

吳秋杰

（市光法雷奧（佛山）汽車照明系統(tǒng)有限公司，廣東 佛山 528000）

隨著新能源汽車的發(fā)展，LED作為車燈光源的應(yīng)用也越來越廣泛。在汽車燈LED模組的設(shè)計中，法規(guī)的要求是1分鐘和30分鐘兩個時間點的光強度要求。在量產(chǎn)線上，一般情況下只會對每批產(chǎn)品作抽檢處理，而不會對所有產(chǎn)品都進行檢測。但是對于有全檢要求的客戶，如果每個產(chǎn)品都嚴(yán)格按照法規(guī)去執(zhí)行測試顯然是不現(xiàn)實的，因此，如何不用按照法規(guī)的要求去測試，又能確保每個樣品都能滿足法規(guī)的要求呢？文章主要著重介紹一種根據(jù)LED的特性及法規(guī)的要求確定LED模組光通量范圍的計算方法。

LED特性及法規(guī)要求；光通量的計算；工業(yè)測試規(guī)格

1 引言

隨著客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，在抽檢不能很好地控制產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，有沒有一種可以保證出貨光通量“零不良率”的出貨目標(biāo)的方法呢？工業(yè)生產(chǎn)中，常常會給定一個光通量的范圍，那么又如何定義這個范圍呢？

2 LED特性

LED，又叫發(fā)光二極管，它是一種能將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體元件。它除了具備普通二極管的特性外，還具有光學(xué)特性。在不超過工作極限的電流范圍內(nèi)，它的發(fā)光強度有以下特點：發(fā)光強度隨著結(jié)溫度的升高而降低，隨著電流的增加而增大。圖1和圖2為歐司朗一款用作高位剎車燈的50mA級別型號LED特性曲線：

圖1 發(fā)光強度與電流的關(guān)系

圖2 發(fā)光強度與結(jié)溫的關(guān)系

3 LED的法規(guī)要求

光通量是單位時間內(nèi)某一波段內(nèi)的輻射能量與該波段的相對視見率的乘積，單位立體角的光通量，叫光強度，光強度與光通量關(guān)系式如下：

光通量單位：lm，立體角單位：Sr-球面度

光強分布是用曲線或表格表示光源或燈具在空間各方向上的發(fā)光強度值，亦稱配光，單位為坎德拉：cd。對汽車燈而言，通常我們所說的法規(guī)要求指的就是配光的要求，而光學(xué)工程師則會根據(jù)法規(guī)要求來確定相應(yīng)的光通量范圍，這個光通量的范圍就是我們電路設(shè)計的參考。由公式可知，對于給定的LED而言，發(fā)光立體角是一定的，光通量與光強之間有關(guān)系近似是一個正比例關(guān)系。

4 光通量的計算

圖3 光通量的隨時間變化曲線

由第2部分所討論的內(nèi)容可知，LED的光通量隨著結(jié)溫度的升高而降低，隨著電流的增加而增大。由第3部分的討論可知，法規(guī)的要求是配光的要求，即光強的要求，經(jīng)過一定的換算后，才能得出相應(yīng)的光通量的大小。由于LED結(jié)溫在達到穩(wěn)定狀態(tài)前是變化的，而結(jié)溫的變化又會引起光通量的變化，因此光通量的大小與時間也有一定關(guān)系，以下是某高位剎車燈光通量的隨時間變化的曲線圖。

由圖3可知，裝不裝外殼，在時間很短（比如1秒）的情況下，LED結(jié)溫是非常接近的，因此我們可以將1分鐘/30分鐘的法規(guī)要求全部轉(zhuǎn)化為1s的光通量范圍，又由于1s的測試時間較短，這種方法所得光通量范圍適合于工業(yè)生產(chǎn)要求。

由圖1和圖2可知，光強與電流和結(jié)溫有以下關(guān)系式：

對于電流和結(jié)溫T，發(fā)光強度有以下關(guān)系式：

對于給定立體角，光通量有以下關(guān)系式：

假定產(chǎn)線的測試時間為1s±250ms，那么在1s時間內(nèi)，光通量有以下關(guān)系式：

設(shè)1分鐘所對應(yīng)的是光學(xué)規(guī)格的最大值，30分鐘是光學(xué)規(guī)格的最小值，那么由式子（1）（2）（3）可以得在1s±250ms時間內(nèi)所得相應(yīng)的結(jié)果是：

理論上，只要知道1s，1min，30min的LED電流和結(jié)溫T的大小，通過LED的技術(shù)文檔查得相應(yīng)的比值，再結(jié)合光學(xué)規(guī)格要求，就可以得出1s光通量測試范圍。

比如，室溫23℃±5℃下，各時間點LED實際的工作電流、結(jié)溫和光學(xué)要求如下：

根據(jù)以上信息，由圖1和圖2可以得出：

每個燈板LED的數(shù)量為4顆，以上數(shù)據(jù)代入公式（4）和公式（5）可得測試時間為1s的每個LED光通量范圍為：[7.2,10.2]lm，下圖是生產(chǎn)線某批次125片樣品測試時間為1秒鐘的單個LED的光通量測試結(jié)果，全部合格。

圖4

5 結(jié)語

本文通過對光學(xué)法規(guī)的進行分析，并結(jié)合LED的發(fā)光特點，給出了適用于量產(chǎn)線上用于判定的LED光通量是否滿足法規(guī)要求的計算方法，這種用“短時間”（1秒）的測試結(jié)果替代“較長時間”（1分鐘/30分鐘）的測試結(jié)果的方法，使工廠在生產(chǎn)中對LED的光通量進行“全檢”成為可能，這種方法從根本上大大降低了產(chǎn)品出貨的質(zhì)量風(fēng)險指數(shù)，減少了客戶投訴和售后成本。

[1] 施三保.白光LED壽命計算,測試及其失效模式.[J]電子測試,2017年8月15日,16期. ISSN:1000-8519.

[2] 許景峰,張永鋒,何滎,翁季.基于光強分布的燈具光通量計算方法研究[J]燈與照明.2016年3月5日第1期.

Determination of luminous flux range of automobile lamp LED module in mass production stage

Wu Qiujie

( Inchiki Valeo (Foshan) Automotive Lighting System Co. Ltd) , Guangdong Foshan 528000 )

With the development of new energy vehicles, the use of LEDs as a light source for automobiles has become more and more widespread. In the design of automotive lamp LED modules, the regulatory requirements are light intensity requirements at two time points of 1 minute and 30 minutes. On a production line, generally, only sampling inspections are performed for each batch of products, and not all products are tested. However, for customers with full inspection requirements, it is obviously unrealistic for each product to perform tests strictly in accordance with regulations. Therefore, how to avoid testing according to the requirements of the regulations and ensure that each sample can meet the requirements of the regulations？This article focuses on a method for determining the luminous flux range of an LED module based on the characteristics of the LED and the requirements of regulations.

LED characteristics and regulatory requirements;Calculation of luminous flux; test; Industrial TestSpecification

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1671-7988(2018)16-91-03

U462.1

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1671-7988(2018)16-91-03

CLC NO.: U462.1

吳秋杰，就職于市光法雷奧(佛山)汽車照明系統(tǒng)有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.033