Преимущества и недостатки светодиодных фар

В статье:

• Применение LED технологий в автомобилях
• Устройство LED фар
• Автоматическое управление светодиодными фарами
• Преимущества
• Недостатки
• Заключение

В радиоэлектронике светоизлучающие диоды (LED) применяются уже давно. Там их используют, например, в оптических реле или оптопарах для бесконтактной передачи сигнала по оптическому каналу. Пульты дистанционного управления бытовой техникой также посылают сигналы с помощью инфракрасных светодиодов. Лампочки, которые используются для индикации и подсветки в домашних приборах и всевозможных гаджетах, на самом деле также обычно являются светодиодами. Светоизлучающий диод представляет собой полупроводниковый элемент, у которого при прохождении тока через p-n переход происходит электроннодырочная рекомбинация. Этот процесс сопровождается испусканием фотонов света.

Несмотря на способность излучать свет, светодиоды тем не менее не применялись для освещения. До недавнего времени. Всё изменилось с появлением сверхъярких элементов, которые годились для создания осветительных приборов. С тех пор светотехника на основе LED стала входить в нашу жизнь и вытеснять не только лампочки накаливания, но и так называемые энергосберегающие.

Применение LED технологий в автомобилях

Технологический прорыв не остался без внимания автопроизводителей. Мощные и при этом миниатюрные светодиоды позволили разработать инновационные автомобильные фары. Сначала их стали использовать для габаритных огней, стоп-сигналов, поворотов, затем для ближнего света. Совсем недавно появились и светодиодные фары дальнего света. 

Если поначалу LED фары устанавливались исключительно на дорогих моделях, то в последнее время, по мере удешевления технологий, они стали появляться и на машинах среднего класса. В бюджетных моделях применение светодиодов пока ограничивается вспомогательными источниками света — например, габаритные или ходовые огни.

Зато у любителей тюнинга теперь есть новая возможность выделить свой автомобиль на фоне остальных эффектной светодиодной подсветкой днища, логотипа и номеров. Цвет можно подобрать на свой вкус. С помощью светодиодных лент удобно подсветить багажник или полностью заменить освещение в салоне.

Устройство LED фар

Главная задача разработчиков автомобильных фар — обеспечить максимальную дальность освещения, исключив при этом ослепляющий эффект для водителей встречного транспорта. Важны также надежность, прочность и долговечность. LED технологии значительно расширяют возможности проектировщиков фар.

Хотя один отдельно взятый светодиод менее ярок, чем галогеновая лампа и тем более ксенон, но, благодаря малым размерам, в головную фару можно поместить несколько десятков таких светодиодов. Вместе они обеспечат достаточное освещение дорожного полотна. При этом неисправность одного-двух элементов не приведет к полному выходу фары из строя и не скажется критически на уровне освещенности.

LED элемент хорошего качества способен проработать 50 тысяч часов. Это более пяти лет непрерывной работы. Вероятность выхода из строя двух или более элементов в одной фаре крайне мала. На практике это означает, что менять такую фару скорее всего вообще никогда не понадобится.

Электропитание на LED фару подается не напрямую от бортовой сети, а через стабилизатор. В простейшем случае можно использовать выпрямительный диод плюс резистор, который ограничивает ток, протекающий через светодиод. Но автопроизводители обычно устанавливают более сложные преобразователи, которые позволяют максимально продлить срок службы светодиодных элементов. 

Автоматическое управление светодиодными фарами

В отличие от ламп накаливания и газоразрядных лампочек, для которых характерна некоторая инерционность, светодиоды включаются и выключаются практически мгновенно. А поскольку свет фары складывается из светового потока отдельных элементов, то это дает возможность оперативно адаптировать освещенность в зависимости от дорожной обстановки — например, переключаться с дальнего света на ближний или отключать отдельные LED элементы, чтобы не ослеплять водителей встречных машин.

Уже созданы системы, позволяющие управлять фарами автоматически, без вмешательства человека. В одной из них используются шторки, которые с помощью электромотора перекрывают часть светодиодов. Управляются шторки компьютером, а обнаружение встречного транспорта осуществляет видеокамера. Вариант интересный, но весьма дорогостоящий.

Более перспективной выглядит система, в которой каждый элемент имеет дополнительно фотоприемник, измеряющий его освещенность в выключенном состоянии. Такая фара работает в импульсном режиме. Высокое быстродействие позволяет включать и выключать светодиоды с частотой, которая незаметна для человеческого глаза. Оптическая система фары сконструирована таким образом, что на каждый фотоэлемент попадает внешний свет только с того направления, куда светит соответствующий ему светодиод. Как только фотоприемник зафиксирует свет, светодиод тут же отключится. В этом варианте не нужны ни компьютер, ни видеокамера, ни электромоторы. Не потребуется и сложная юстировка. И стоимость, конечно, значительно ниже.

Преимущества

1. LED элементы имеют малые размеры. Это открывает широкие возможности для применения, размещения и дизайна.
2. Низкое энергопотребление и высокий КПД. Это позволяет снизить нагрузку на генератор и экономить топливо. Высокая энергоэффективность окажется особенно полезной в электромобилях, где позволит сохранить заряд аккумулятора.
3. Светодиоды практически не греются, поэтому в одной фаре можно разместить большое количество LED элементов без риска перегрева. 
4. Большой срок эксплуатации — около пяти лет непрерывной работы. Для сравнения: ксеноновые лампы работают не более трёх тысяч часов, а галогеновые редко дотягивают до одной тысячи.
5. Высокое быстродействие. Более быстрое срабатывание светодиодных стоп-сигналов по сравнению с галогеновыми повышает безопасность движения.
6. Возможность создания фар с автоматической регулировкой освещения в зависимости от ситуации на дороге.
7. Высокая надежность. Герметичная конструкция делает фару водозащищенной. Ей также не страшны вибрации и тряска.
8. Светодиодные фары хороши и с точки зрения экологии. Они не содержат в себе токсичные элементы, а уменьшение расхода топлива, в свою очередь, снижает объемы выхлопных газов.

Недостатки

1. Главным недостатком LED фар остается высокая стоимость. Хотя она постепенно снижается, но цены все еще больно кусаются.
2. Низкое тепловыделение приводит к тому, что стекла фар остаются холодными. Это препятствует таянию снега и наледи, что негативно сказывается на эффективности освещения.
3. Конструкция фары неразборная, а значит, в случае выхода из строя ее придется менять полностью.

Заключение

Среди автомобилистов еще не успело стихнуть увлечение ксеноновыми лампами, а уже все громче заявляют о себе LED технологии. Преимущества светодиодных фар очевидны, и можно не сомневаться, что со временем они станут доступнее по цене и смогут серьезно потеснить ксенон и галогенки.

А на подходе уже автомобильные фары с применением лазерных технологий. И первые образцы уже созданы. Лазерные фары, как и светодиодные, имеют большой срок службы, а по уровню освещения превосходят их. Впрочем, говорить о них всерьез пока нет смысла — по стоимости одна такая фара сопоставима с новой машиной бюджетного класса.