LED驅(qū)動電路在汽車電子中的設(shè)計(jì)研究

黃云昭

摘 要：LED驅(qū)動電路隨著現(xiàn)代汽車電子工業(yè)的快速發(fā)展變得越來越重要。然而部分現(xiàn)代LED驅(qū)動電路因其在工作電壓和其他功能方面存在某些缺陷不能滿足汽車電子市場的需求，此外還有部分LED驅(qū)動電路因使用壽命相對較短大大影響了其在汽車設(shè)計(jì)中的作用。鑒于上述，本文在充分認(rèn)識LED驅(qū)動電路應(yīng)用理論的基礎(chǔ)上提出了一種LED驅(qū)動電路具體的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：汽車電子;LED驅(qū)動;電路設(shè)計(jì)

0 引言

以往的汽車光源系統(tǒng)因技術(shù)的不斷發(fā)展和自身存在的問題逐漸被取代，同時(shí)具有實(shí)用性和節(jié)能性等諸多優(yōu)點(diǎn)的LED光源技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車電子工業(yè)生產(chǎn)過程中。結(jié)合LED燈在汽車電子中的具體應(yīng)用來看，由于LED缺乏合理的驅(qū)動電路設(shè)計(jì)導(dǎo)致其自身優(yōu)勢沒有完全實(shí)現(xiàn)。因此，加快研究LED驅(qū)動電路在電子車輛中的應(yīng)用設(shè)計(jì)具有重要意義。

1 LED驅(qū)動電路的相關(guān)概述及運(yùn)用

根據(jù)具體的LED電源應(yīng)用可以將LED驅(qū)動電路類型細(xì)化為恒流控制器和恒壓控制器兩種類型。目前在我國汽車電子市場中應(yīng)用最廣泛的主要是恒流控制器，恒壓控制器相對較少。導(dǎo)致這種情況產(chǎn)生的原因是，LED的P-N型組織結(jié)構(gòu)致使其兩端工作電壓和工作電流以指數(shù)級形勢存在，這清楚地表明電流的變化與電壓的變化對比較為穩(wěn)定。若采用恒壓控制器則會導(dǎo)致LED的發(fā)光特性隨著內(nèi)部的電流變化而產(chǎn)生巨大差異，這種情況導(dǎo)致了光源發(fā)射不穩(wěn)定，因此LED驅(qū)動器應(yīng)該采用恒流控制而不是恒壓控制。

恒流LED驅(qū)動電路根據(jù)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為以下三種類型，分別是恒流ldo型、電感式開關(guān)型以及電荷泵型。根據(jù)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)這三種驅(qū)動電路中的電感式開關(guān)型的驅(qū)動芯片自身轉(zhuǎn)化率較高，其對大功率LED產(chǎn)品的散熱等功能不會產(chǎn)生太大影響。具體而言，目前LED技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域日益變多且其在實(shí)際應(yīng)用中的電流通過率不斷加大，因此有必要考慮芯片驅(qū)動形式的選擇來保證驅(qū)動電路具有承載較大電流量的能力，只有這樣才能使LED技術(shù)在汽車電子中的應(yīng)用能夠達(dá)到預(yù)期的效果。

除上述之外，電感式開關(guān)型芯片在應(yīng)用過程中要注意選擇相應(yīng)的電源開關(guān)和功率的控制模式，其中PFM、PWM和滑膜控制在汽車電子芯片控制中代占據(jù)了主導(dǎo)地位。通過將其與其他控制方法進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，這幾種控制方式能夠滿足現(xiàn)代LED驅(qū)動芯片的靈活性和多樣性等功能需求。PWM控制方式因其結(jié)構(gòu)相對簡單且固定的運(yùn)行頻率趨于平穩(wěn)，因此其被大規(guī)模的應(yīng)用于LED驅(qū)動芯片控制中。

2 LED 驅(qū)動芯片的發(fā)展

2.1 集成化

芯片制造成本及其在實(shí)際應(yīng)用中會受限于芯片封裝引腳以及外圍的設(shè)備數(shù)量。因此有必要減少封裝引腳的數(shù)量來達(dá)到降低成本以及提高集成化的目的，當(dāng)封裝引腳數(shù)量的減少可以使LED芯片不斷地將功率集成到芯片中來，同時(shí)芯片制造工藝及其集成效果也隨著技術(shù)的發(fā)展得到了完善和改進(jìn)。

2.2 高轉(zhuǎn)化率

LED驅(qū)動芯片因其具有高效的轉(zhuǎn)換能力特征，其使用過程中可以在減少功耗損失的同時(shí)抑制芯片熱量的產(chǎn)生。芯片產(chǎn)生的熱量會對LED產(chǎn)品的使用效果產(chǎn)生負(fù)面影響，因此有必要增加先關(guān)的熱控制裝置來不斷提高LED驅(qū)動電源的轉(zhuǎn)換效率并保證LED驅(qū)動芯片的正常使用。

2.3 高功率

LED驅(qū)動芯片為了增加LED產(chǎn)品的優(yōu)勢滿足當(dāng)前汽車電子市場需求，其所需的功率和實(shí)際使用中的電流通過率越來越大。例如汽車儀表顯示LED燈和汽車內(nèi)飾氛圍燈的驅(qū)動電流已經(jīng)從五年前1000mA提高到了現(xiàn)在的8000-10000mA，因此高功率已經(jīng)成為了LED驅(qū)動芯片發(fā)展的必然趨勢。

3 汽車電子中 LED 驅(qū)動電路的具體設(shè)計(jì)

3.1 電流基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)

電流基準(zhǔn)在相關(guān)領(lǐng)域通常被稱為有源負(fù)載，同時(shí)其也是汽車電子LED驅(qū)動電路設(shè)計(jì)時(shí)的主要考慮因素。在對電流基準(zhǔn)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)因考慮到輸出電流的穩(wěn)定性等問題所以采用正反饋形式，這種形式可以為電流安全穩(wěn)定的輸出提供保障。電流基準(zhǔn)電路在設(shè)計(jì)過程中還需要設(shè)計(jì)超溫保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在溫度過高時(shí)具有發(fā)出預(yù)警信號等功能。此外整體設(shè)計(jì)中還對帶隙基準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)提出了更嚴(yán)格的要求，例如調(diào)整電路電阻以控制基準(zhǔn)電路工作過程中出現(xiàn)的偏差。

3.2 預(yù)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

預(yù)穩(wěn)電路的設(shè)計(jì)主要要求帶隙基準(zhǔn)電路和電流基準(zhǔn)電路等可以進(jìn)行正常工作并發(fā)揮實(shí)際效果。傳統(tǒng)汽車電路設(shè)計(jì)因以高壓設(shè)備為主導(dǎo)致其出現(xiàn)配合失誤充等問題。因此有必要使用預(yù)穩(wěn)電路來處理汽車電子設(shè)備的電源電壓，并是汽車電子設(shè)備實(shí)際使用過程中的輸出電壓趨于穩(wěn)定。值得注意的是，環(huán)路的穩(wěn)定性問題通常因預(yù)穩(wěn)電路結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢來解決的，但是環(huán)境噪聲、工作溫度偏高或電壓變化過大等問題也可能會使輸出電壓發(fā)生變化，一般來說這種情況對電路的設(shè)計(jì)沒有顯著影響。

3.3 誤差跨導(dǎo)放大器與振蕩器的設(shè)計(jì)

誤差跨導(dǎo)放大器的設(shè)計(jì)應(yīng)以共源共柵折疊結(jié)構(gòu)為主，在其實(shí)際應(yīng)用過程中很難疊加四層MOSFET管，因此在汽車電子的應(yīng)用中通常只疊加三層，這在降低直流增益問題的同時(shí)使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。振蕩器的主要功能是將鋸齒波信號引入系統(tǒng)，其在吻合電感電流疊加要求的同時(shí)完成了斜坡電流補(bǔ)償。此外LED驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)需要考慮到汽車電子的復(fù)雜性，其他電路保護(hù)設(shè)計(jì)等重要問題也必須仔細(xì)考慮研究，例如線性穩(wěn)壓電路的合理設(shè)計(jì)可以對短路進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)而保證汽車電子系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。整體設(shè)計(jì)工作結(jié)束后還要通過仿真驗(yàn)證來檢測驅(qū)動電路工作時(shí)的各個參數(shù)是否正常，以改善汽車電子中的LED驅(qū)動電路設(shè)計(jì)水平。

4 結(jié)語

LED驅(qū)動的電路是當(dāng)前汽車電子設(shè)計(jì)中需要考慮的主要元素。實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)汽車電子LED驅(qū)動電路的特點(diǎn)從電流基準(zhǔn)電路和預(yù)穩(wěn)壓電路以及誤差跨導(dǎo)放大器與振蕩器等方面著手進(jìn)行設(shè)計(jì)。在確保驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)優(yōu)化汽車電子LED的性能。

參考文獻(xiàn)：

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