LED驅動電路在汽車電子中的設計研究

黃云昭

摘 要：LED驅動電路隨著現代汽車電子工業(yè)的快速發(fā)展變得越來越重要。然而部分現代LED驅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驅動電路因使用壽命相對較短大大影響了其在汽車設計中的作用。鑒于上述，本文在充分認識LED驅動電路應用理論的基礎上提出了一種LED驅動電路具體的設計方案和設計思路。

關鍵詞：汽車電子;LED驅動;電路設計

0 引言

以往的汽車光源系統(tǒng)因技術的不斷發(fā)展和自身存在的問題逐漸被取代，同時具有實用性和節(jié)能性等諸多優(yōu)點的LED光源技術被廣泛應用于汽車電子工業(yè)生產過程中。結合LED燈在汽車電子中的具體應用來看，由于LED缺乏合理的驅動電路設計導致其自身優(yōu)勢沒有完全實現。因此，加快研究LED驅動電路在電子車輛中的應用設計具有重要意義。

1 LED驅動電路的相關概述及運用

根據具體的LED電源應用可以將LED驅動電路類型細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用最廣泛的主要是恒流控制器，恒壓控制器相對較少。導致這種情況產生的原因是，LED的P-N型組織結構致使其兩端工作電壓和工作電流以指數級形勢存在，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致LED的發(fā)光特性隨著內部的電流變化而產生巨大差異，這種情況導致了光源發(fā)射不穩(wěn)定，因此LED驅動器應該采用恒流控制而不是恒壓控制。

恒流LED驅動電路根據電路的拓撲結構可分為以下三種類型，分別是恒流ldo型、電感式開關型以及電荷泵型。根據試驗研究發(fā)現這三種驅動電路中的電感式開關型的驅動芯片自身轉化率較高，其對大功率LED產品的散熱等功能不會產生太大影響。具體而言，目前LED技術應用領域日益變多且其在實際應用中的電流通過率不斷加大，因此有必要考慮芯片驅動形式的選擇來保證驅動電路具有承載較大電流量的能力，只有這樣才能使LED技術在汽車電子中的應用能夠達到預期的效果。

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

2 LED 驅動芯片的發(fā)展

2.1 集成化

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

2.2 高轉化率

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

2.3 高功率

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

3 汽車電子中 LED 驅動電路的具體設計

3.1 電流基準電路設計

電流基準在相關領域通常被稱為有源負載，同時其也是汽車電子LED驅動電路設計時的主要考慮因素。在對電流基準電路進行設計時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。電流基準電路在設計過程中還需要設計超溫保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)在溫度過高時具有發(fā)出預警信號等功能。此外整體設計中還對帶隙基準電路的設計提出了更嚴格的要求，例如調整電路電阻以控制基準電路工作過程中出現的偏差。

3.2 預穩(wěn)壓電路設計

預穩(wěn)電路的設計主要要求帶隙基準電路和電流基準電路等可以進行正常工作并發(fā)揮實際效果。傳統(tǒng)汽車電路設計因以高壓設備為主導致其出現配合失誤充等問題。因此有必要使用預穩(wěn)電路來處理汽車電子設備的電源電壓，并是汽車電子設備實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)定性問題通常因預穩(wěn)電路結構簡單的優(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計沒有顯著影響。

3.3 誤差跨導放大器與振蕩器的設計

誤差跨導放大器的設計應以共源共柵折疊結構為主，在其實際應用過程中很難疊加四層MOSFET管，因此在汽車電子的應用中通常只疊加三層，這在降低直流增益問題的同時使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。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完成了斜坡電流補償。此外LED驅動電路的設計需要考慮到汽車電子的復雜性，其他電路保護設計等重要問題也必須仔細考慮研究，例如線性穩(wěn)壓電路的合理設計可以對短路進行保護，進而保證汽車電子系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。整體設計工作結束后還要通過仿真驗證來檢測驅動電路工作時的各個參數是否正常，以改善汽車電子中的LED驅動電路設計水平。

4 結語

LED驅動的電路是當前汽車電子設計中需要考慮的主要元素。實際設計中應根據汽車電子LED驅動電路的特點從電流基準電路和預穩(wěn)壓電路以及誤差跨導放大器與振蕩器等方面著手進行設計。在確保驅動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的同時優(yōu)化汽車電子LED的性能。

參考文獻：

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