LED車燈驅動電路設計

★★★★★【文章導讀】：LED車燈驅動電路設計具體內容是：led是一種高效環保的新型半導體光源，有其它光源無法比擬的優勢。在未來汽車照明應用中前景光明。led可以用串聯、并聯等不同的方式組合成led陣列，以滿足汽車照明強度的要求。針對led的發光特性，重點討論了led驅動的…

來源：日期：2013-11-21 20:01:56 人氣：標簽：

led是一種高效環保的新型半導體光源，有其它光源無法比擬的優勢。在未來汽車照明應用中前景光明。led 可以用串聯、并聯等不同的方式組合成led 陣列，以滿足汽車照明強度的要求。針對led 的發光特性，重點討論了led 驅動的設計及特點，同時簡述了led 目前存在的問題及解決方法。

1 汽車車燈作用及要求

目前，汽車日趨平民化，已成為主要交通工具，行車安全引起了社會廣泛的關注。據不完全統計，汽車在夜晚或自然光線不足的情況下行駛的里程占總行駛里程的25%，而在此間發生的交通事故占到總事故的40%，并且一半以上的傷亡事故發生在夜間。因此，車外照明燈及信號燈是汽車安全行駛的關鍵部件，必須滿足下列條件：

(1)汽車照明燈點亮無延遲，響應時間更快，給駕駛員更多的反應時間。

(2)照明亮度強，在夜間或自然光線不足的情況下提高駕駛員的視野，同時使車外信號燈的指示作用更強。

(3)高耐震，工作可靠性高，避免因照明故障引起的意外事故。

(4)節能，能夠有效減少廢氣的排放量，保護環境。

(5)基于汽車銷售競爭日益激烈，車燈設計要實用和美觀。

2 led 成為汽車照明選材中的新星

2.1 led 的工作原理

led 是特殊的二極管，是一種通過摻雜等手段形成pn 結的半導體器件。當滿足二極管導通條件時，電流流過led，以光和熱的形式釋放出能量。led 是電流控制的電流型元件，其發光強度主要依據通過的電流大小，正向導通時，其壓降非常高，而且本身具有一定的波動范圍。

由于led 沒有紅外線及紫外線的輻射，其消耗的能量除轉換為光能外，幾乎都是熱能，且只能以熱傳導的形式傳出，因此，led 在工作時，結溫會逐漸升高。而led 是具有負溫度系數的器件，流過led 的電流會隨溫度升高而增大，這就形成了正反饋，造成結溫的進一步升高，如不加控制，就會燒毀led。led 的熱學參數與pn 結的結溫有很大關系，主波長與溫度的關系如下式：

mp(tl) = m0(t0)+ 3tg #0.1nm/°c

由上式可知，每當led 結溫升高10℃時，主波長 ( 人眼能夠觀察到的) 就會向長波漂移1nm(1nm=10-9m)，導致led 亮度下降，出現光衰。因此，個別led 過熱，就會造成led 陣列發光的均勻性變差。

2.2 led 顯著的照明優勢

led 被稱為新光源，原因在于led 具備點光源與固態光源的特性，因此具有其它照明光源無法比擬的優點。

(1)led 壽命理論上可達10 萬小時，實際壽命也可達到2 萬小時以上，比一般白炙燈泡的1 000 小時、日光燈具的1 萬小時更具優勢，在汽車使用壽命期間一般無須更換。

(2)點亮無延遲，響應時間更快。led 的啟動時間僅為幾十納秒，啟動時間較白熾燈泡大大縮短。

(3)在光線亮度高、自然光線可見度低的情況下，大大降低汽車事故發生率;基本上無輻射，屬于“綠色光源”。

(4)led 占用體積小，結構簡單，高耐震，設計者可以隨意變換燈具模式，令汽車造型多樣化，滿足不同消費者需求。

(5)led 光源受電壓變化的影響遠遠小于白熾燈泡，顯示了卓越的安全性和可靠性，同時消耗的能量較同光效的白熾燈減少80%，非常節能。

基于上述優勢，led 可以在汽車照明中廣泛應用，但單個led 無法滿足汽車照明強度的要求，必須多個串聯、并聯或串并聯成led 陣列使用，如圖1 所示。

2.3 led 驅動的設計及特點

led 驅動方式可采用電阻限流、線性穩壓器和開關型變換器3 類。電阻限流方案適用于效率低的應用場合，所以對效率要求極高，輸入電壓范圍寬的汽車照明上不采用此方法;線性穩壓器適應于低電流或led 正向壓降稍低于電源電壓的場合，但同樣存在效率和輸入電壓范圍小的問題;開關型變換器具有電路拓撲靈活、效率高和輸入電壓寬的特性。因此，綜合考慮工作效率、安裝尺寸、靜態電流、工作電壓、噪聲和輸出調節等因素后，驅動電路多采用開關型變換器。開關變換器拓撲結構分為buck、boost 及buck-boos 等方式。目前來看，led 應用在汽車照明上，其驅動電源必然是鉛酸蓄電池。

因為蓄電池的輸入電壓范圍會與正常的范圍有很大的出入，因此驅動電路一般用buck-boost 拓撲結構滿足led陣列對電壓要求。此電路拓撲結構直流增益(輸出電壓與輸入電壓之比)與占空比d(一個開關周期內，開通時間與周期的比值)有關。當電池電壓低于led 所需電壓時，調節d > 0.5，使電路處于升壓狀態;當電池電壓高于led 所需電壓時，調節d < 0.5，使電路處于降壓狀態。led 是電流控制的電流型元件，亮度與流過的電流成正比。如果led 不是恒流驅動，通過的電流波動時，即使電壓恒定也會造成led 的亮度變化。為保證亮度穩定可靠，led 需要恒定的電流來驅動，而且還需要在任何情況下都能將紋波電流控制在可接受的水平。所以，led 驅動電路的輸出必須是恒流輸出而非恒壓輸出。

可以設計led 驅動電路原理圖如圖1 所示。

圖1led 驅動原理圖

圖1 可知，buck-boost 電路將蓄電池電能變換后對led 陣列供電，采樣電路對流過led 的電流采樣，將信號傳到控制電路。控制電路分析采樣信息，調節buck-boost 電路中開關管的占空比，保證通過led 電流恒定;當電路出現異常時，通過控制保護電路切斷電源，保證led 不受損害。一般情況下，led 驅動電路必須滿足下列要求：

(1)升降壓功能。當輸入電壓或led 本身壓降波動時，調節輸出電壓，滿足輸出電流恒定的要求，保證led 發光穩定可靠。

(2)高功率轉換效率。以降低驅動損耗，節省成本，同時減少蓄電池充電次數，延長電池使用壽命。

(3)亮度調節功能。周圍環境很暗時，信號燈往往不需大電流驅動，此時可控制驅動電流而改變led的亮度，進而降低led 的耗電量。調節驅動電流常用的方法是利用pwm 信號控制。