LED在汽车中的应用及驱动电路设计

随着科学技术的发展，LED对照明领域产生了越来越深刻的影响，被认为是继白炽灯、荧光灯、气体放电灯之后的第4代照明光源。20世纪80年代中期，LED开始应用于汽车中央高位制动灯。20世纪90年代，汽车仪表LCD面板背光照明普遍采用LED这种固态新光源。

进入新世纪后，LED光源技术有了飞快的发展，涂敷荧光粉工艺制作成的大功率白光LED的光效已达到100lm/W。随着输出光通量不断提高，LED在汽车照明中的推广应用有了更大的发展空间。今天我们就开看一看LED的驱动电路设计。

LED驱动的设计及特点

LED驱动可采用电阻限流、线性稳压器和开关型变换器3种方式。电阻限流方案适用于效率低的应用场合，所以对效率要求极高，输入电压范围宽的汽车照明上不采用此方法；线性稳压器适应于低电流或LED正向压降稍低于电源电压的场合，但同样存在效率和输入电压范围小的问题；开关型变换器具有电路拓扑灵活、效率高和输入电压宽的特性。因此，综合考虑工作效率、安装尺寸、静态电流、工作电压、噪声和输出调节等因素后，驱动电路多采用开关型变换器。开关变换器拓扑结构分为Buck、Boost及Buck-Boos等方式。目前来看，LED应用在汽车照明上，其驱动电源必然是铅酸蓄电池。

驱动电路一般用Buck-Boost拓扑结构来满足LED阵列对电压的要求，这是因为蓄电池的输入电压范围会与正常的范围有很大的出入。此电路拓扑结构直流增益(输出电压与输入电压之比)与占空比D(一个开关周期内，开通时间与周期的比值)有关。当电池电压低于LED所需电压时，调节D>0.5，使电路处于升压状态;当电池电压高于LED所需电压时，调节D<0.5，使电路处于降压状态。LED是电流控制的电流型元件，亮度与流过的电流成正比。如果LED不是恒流驱动，通过的电流波动时，即使电压恒定也会造成LED的亮度变化。为保证亮度稳定可靠，LED需要恒定的电流来驱动，而且还需要在任何情况下都能将纹波电流控制在可接受的水平。所以，LED驱动电路的输出必须是恒流输出而非恒压输出。

LED驱动电路原理图如图1所示。

LED驱动电路原理图

根据上图可知，Buck-Boost电路将蓄电池中的电能进行变换后来对LED阵列供电，采样电路对流过LED的电流进行采样，并将信号传递到控制电路。控制电路分析采样信息，调节Buck-Boost电路中开关管的占空比，保证通过LED电流恒定;当电路出现异常时，通过控制保护电路切断电源，保证LED不受损害。一般情况下，LED驱动电路必须满足下列要求：

(1)升降压功能。当输入电压或LED本身压降波动时，调节输出电压，满足输出电流恒定的要求，保证LED发光稳定可靠。

(2)高功率转换效率。以降低驱动损耗，节省成本，同时减少蓄电池充电次数，延长电池使用寿命。

(3)亮度调节功能。周围环境很暗时，信号灯往往不需最大电流驱动，此时可控制驱动电流而改变LED的亮度，进而降低LED的耗电量。调节驱动电流常用的方法是利用PWM信号控制。

(4)具有完善的保护电路。应设置各种保护措施，用以保护自身和LED可靠工作。例如，低压锁存、过压保护、过热保护、输出开路或短路保护等。

(5)良好的散热功能。由LED的热学特性可知，温度是影响LED工作的重要因素之一。在夜晚行车时，LED处于长时间点亮状态，因此，必须有良好的散热功能，保证LED的寿命及工作可靠。

驱动电路复杂的问题

首先，在电压匹配上，LED和普通白炽灯泡不同，它不可以直接连接220V的交流市电。LED是3.6～4.5V的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路。其次，在驱动电流方面，为了保证LED正常工作，要恒流、恒压电路供电，另加保护电路。这样电源电路复杂性和故障率都将升高，从而大大地限制了市场的竞争力与购买群体。因此，设计时尽量采用专用驱动芯片，以简化驱动电路结构，增强系统工作的稳定性。例如，FAN5608系列、CAT4201、LT3754等芯片，在LED驱动方面效果良好。