投稿類別 : 工程技術 篇名 : HID 氣體放電式頭燈 作者 : 陳岳銘 國立羅東高級工業職業學校 汽車三甲班徐子軒 國立羅東高級工業職業學校 汽車三甲班陳冠宇 國立羅東高級工業職業學校 汽車三甲班 指導老師 : 陳銘賢老師 吳進福老師
HID 氣體放電式頭燈 1 壹 前言 一 研究動機 : 在工廠實習不管是汽車或機車, 有做到燈光系統都會常遇到燈泡鎢絲燒毀的 問題, 亮度也不足, 所以我們想到市面上找看看有沒有不須鎢絲線且亮度高, 又 省電的替代品 二 研究目的 : 照明對於視力健康以及個人心情影響甚大, 但是用於行車方面, 卻是攸關到 生命安全因此我們蒐集了各種一般燈泡與 HID 燈泡的比較 三 研究方法 小組討論 > 蒐集相關書訊 > 走訪相關商店 > 網路查詢資料 > 資料整理 貳 正文 一 HID 的簡介 : HID(High Intensity Discharge) 的縮寫, 字義 高電壓放電, 一般市場上稱之 為 氣體放電式頭燈 又稱為 氙氣燈 (Xenon) ( 註一 ) ( 一 ) HID 原理 : HID 主要的原理則是為氣體放電, 也就是在石英燈管中填充氙氣, 依據電弧 放電原理以超高的電壓 (20,000V 以上, 今多為 23,000V) 通電激發管內的氙 氣電子游離, 利用氣體放電產生的電弧發出光芒 ( 二 ) 安定器 : 因為車子電源大都直流電, 而 HID 所需要的是交流電, 所以需要安定器來 提供變壓的動作 安定器中還有幾個零件來組成 : 1. 高壓點火電路 : 主要是在啟動 HID 燈時, 提供較高的高壓 2. 直流交流換流器 : 主要是提供 HID 燈, 在點燈後穩定的電壓和電流 1
HID 氣體放電式頭燈 2 3. 控制和驅動電路 : 主要是偵測 HID 燈全部的使用狀況, 並適時的調 整電壓和電流, 讓 HID 燈能維持一定的效率和穩定性 ( 三 ) HID 種類 :( 註二 ) 1. 水銀燈 (CRI 範圍 15-55) 2. 金屬鹵化燈 (CRI 範圍 65-80, 陶瓷鹵化燈則可達 90 多 ) 3. 低壓鈉燈 (CRI 0, 因其單色光 ) 4. 高壓鈉燈 (CRI 範圍 22-75) 所謂 CRI 英文全名為 Color Rendering Index, 以中文表示為 演色性指標 ( 註三 ), 指的是物體在人造光源照射下所顯示的顏色, 與在陽光照射下所顯示顏色的相對差異 CRI 數值愈低, 表示上述兩者間差異性愈大, 前者光源所呈現的顏色愈失真 ; 相對的,CRI 數值愈高, 表示前者光源演色性愈好, 愈貼近於陽光照射下的表現 當然人造光源種類非常多, 以目前常用的螢光燈為例,CRI 大多介於 80~85; 相對的, 太陽光 CRI 數值無庸置疑, 為 100 二 何謂氣體放電?( 註四 ) 在強電場作用下, 物體表面曲率大的地方 ( 如尖銳 細小物的頂端 ), 等電位面密, 電場強度劇增, 致使它附近的空氣被電離而產生氣體放電, 此現象稱為電暈放電 而尖端放電為電暈放電的一種, 專指尖端附近空氣電離而產生氣體放電的現象 故要觀察尖端放電的現象, 除了要有夠高的電壓外, 還必須有適當的形狀配合, 才容易做到 三 色溫 ( 註五 ) HID 車燈還有一項特點, 那就是它所投射出來的顏色, 跟傳統的鹵素燈泡不一樣 一般鹵素車燈的色溫, 最高約可達 3,200k, 為偏黃色, 而 HID 車燈的色溫, 則普遍在 4,200k 以上, 類似於太陽光色, 更為明亮清晰 甚至在有的改裝品上色溫甚至達到 8,000k 12,000k 等, 投射出來已成為藍光, 這也是為什麼有些車的車燈顏色為藍色的原因之一 如表一所示 表一 : 色溫參考表 色溫呈現顏色備註 2
HID 氣體放電式頭燈 3 2,000k 紅色 晚霞的紅色 3,000k 黃色 一般白熾燈泡 5,000k 白色 日光 6,000k 偏白色 目前 HID 車燈主流色溫 8,000k 偏藍色 藍白色 12,000k 藍色 藍色 至於許多選用超炫白光 ( 或藍光 ) 的 HID, 因為感覺上好像更亮, 實際上所有 HID 的亮度都差不多, 只是 色溫 不同而已 然而, 在所有的光之中以黃光的穿透力最強 ( 這也就是一般霧燈都是黃色的原因 ), 白光或藍光在碰到霧氣時反而容易反射回來, 對駕駛人而言反而造成干擾 建議最好選用黃光燈泡, 對行車安全較有保障 色溫單位為 k, 代表絕對溫度單位, 也就是指實驗室黑體在該絕對溫度時發 出之 光色 四 HID 優點 : ( 一 ) 壽命長 :2500 小時, 約可以用 5 年以上 ( 二 ) 亮度高 : 約 3200lm ( 三 ) 效率高 :67lm/W ( 四 ) 耗電低 :35W-40W ( 五 ) 提升行車安全及改善舒適性 ( 六 ) 超強的白色電弧光近似於白晝的太陽光 五 HID 缺點 : ( 一 ) 高電壓 (23000V) ( 二 ) 單價高 ( 含高壓 CABLE 安定器 啟動器等) ( 三 ) 設計時間較長 ( 與鹵素燈比較 ) ( 四 ) 維修, 一定要由保養廠維修, 且維修費高 ( 五 ) 對車內電子產品有干擾影響 ( 六 ) 模具費比現行頭燈高 ( 燈具需要設計耐 UV 光 ) 六 傳統燈泡與 HID 燈泡之比較 : 3
HID 氣體放電式頭燈 4 為了使我們更了解傳統燈燈泡與 HID 燈泡的差別, 所以我們整理了以下的 表格, 如表二所示 表二 : 傳統燈泡與 HID 燈泡對照表 HID 傳統鹵素燈泡 使用壽命連續使用約 2500 小時連續使用約 400 小時 亮度 3200 流明度 (Lumen) 1000 流明度 (Lumen) 耗電量大約 35 瓦特約 55~65 瓦特 色溫度普遍約在 4200K 以上最高約達 3200 K 所謂流明度 (Lumen) 是計算亮度的單位 ( 註六 ) 七 HID 常用燈具 : ( 一 ) D2R 燈具 : 此種燈具是反射式設計, 此種設計為了不上燈泡光線照射到對向來車, 在燈 泡上面有設計一個遮光板, 遮光板可以防止照射到對向來車, 此種燈泡設計和燈 具只能掌握住燈泡所發出 40% 的光線, 效率方面算是不高 如圖一 ( 二 ) D2S 燈具 : 此種燈具是投射式設計, 燈泡上沒有遮光板的設計, 只有在燈具上有一遮光板, 主要是擋掉往上散射的光線, 並在燈罩上設計一個透鏡, 讓此燈罩能將光線集中在某一個區域和方向, 此種燈具可以掌握住燈泡 80% 的光線, 效率很高, 是目前眾多車廠使用的燈具 如圖二 4
HID 氣體放電式頭燈 5 圖一 圖二 参 結論 HID 燈具已普遍用於高級車種的大燈, 主要是燈泡與安定器價格過於昂貴 HID 燈具比傳統的鹵素燈具有高的光效率 壽命長 演色性佳 低耗電等優點 HID 燈具生產技術已經十分成熟, 如能降低生產成本, 想必將能更廣泛的應用在生活中 肆 引註資料 註一 HID 的介紹 http://www.bigscooter.com.tw/hid/hid01.htm 註二張光民 (1997) 綠色設計技術參考手冊 燈飾產品,21-22 ( 註三 ) DIGITIMES http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?cnlid=10&id=0000125964_3xsllm1 K520P4Y5XC8PQ6#ixzz1w3Y69j2W 註四張光民 (1997) 綠色設計技術參考手冊 燈飾產品,21 註五張光民 (1997) 綠色設計技術參考手冊 燈飾產品,64 註六張光民 (1997) 綠色設計技術參考手冊 燈飾產品,63 5