汽车LED照明灯驱动系统的设计与仿真

摘 要：随着科学技术的发展，全世界的汽车工业的研发部门都在努力开发智能化的辅助驾驶系统，以减轻驾驶员的负担，并进一步提高汽车行驶的安全性和舒适度。在汽车照明方面，人们也在开发智能的汽车照明系统，LED照明提供了更时尚的选择，可实现“即时”照明，并允许0～100%的功率进行亮度控制。采用LED的优点包括更快达到设定亮度、更高的效率、更长的使用寿命以及很细小的红光LED阵列更易于设计和安装，LED照明正以势不可挡的优势风靡全球汽车生产的照明。本文就汽车LED照明驱动系统的设计与仿真做简要的介绍。

关键词：汽车LED照明灯 驱动系统 设计与仿真

中图分类号：TM923.34 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0119-01

1 汽车LED照明灯及驱动系统的介绍

1.1 LED的结构

由电极、光学系统和PN结芯片组成LED的结构。在LED两电极施加正向偏压之后，使空穴和电子分别注入N区和P区，当不平衡的少数载流子集合时，就运用辐射光子的方式把剩下的能量变换位光能。

LED实际就是一块具有电致发光功能的半导体材料，放在有引线的架上，四周密封时用环氧树脂，有保护内部的芯线的作用。LED的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的LED的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。与白炽灯和氖灯相比，LED的特点是：工作电压低；工作电流很小；抗冲击和抗振性能好，可靠性高，寿命长；通过调制LED的电流强弱可以方便地调制LED的发光强弱。

LED的发光过程有3部分：正向偏压下的复合辐射、光能传输和载流子注入。环氧树脂把半导体芯片封装，当电子流过芯片，负电子运动到正电子的空穴区域并复合，空穴和电子消失随之光子产生。空穴和电子间能量越大，产生光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，在可见的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的能量，从而能够发出不同颜色的光。

1.2 LED照明灯驱动器分类

LED虽然在节能方面比普通光源效率高，但是LED光源却不能像一般的光源一样可以直接使用公用电网电压，它必须配有专用的电压转换设备，提供能够满足驱动LED的额定电压和电流才能使LED正常工作。但是由于各种规格不同的LED驱动器的性能和转换效率不同，所以选择合适、高效的LED驱动器才能真正展现出LED光源高效能的特性。因为低效率的LED驱动器本身就需要消耗大量的电能，所以在给LED供电过程中就无法凸显LED的节能特点。总之，LED驱动器在LED工作中对LED的稳定性、节能性、寿命长短都起着重要的作用。LED按驱动方式可以分为两大类：

恒流式。采用恒流源驱动LED十分理想，缺点是较高的价格。恒流电路虽然不担心负载发生短路，但是禁止负载全部开路，该电路输出的是恒定的电流，输出的直流电压却在一定的范围内发生变化。在应用中药限制LED的使用次数，由于恒流驱动器有承受的最大电压值和电流值。

稳压式。稳压式LED驱动电路在确定各个参数后，输出的电压是固定的，输出的电流却随着负载的增减而变化。稳压式驱动电路虽然不怕负载开路，但是严禁负载完全短路，采用稳压式驱动电路驱动LED需要设置合适的限流电阻。

2 LED照明灯驱动系统的设计与仿真

2.1 分立器件线性恒流LED驱动器

用分立器件设计的线性LED恒流驱动器相对简单。该电路中的VD2提供对晶体管基极的简单温度补偿。LED电流则由下式确定：ILED=VD1/RSET。采用分立器件设计的恒流LED驱动器，虽然电路简单，但与所有低效LED驱动器一样，都存在能量消耗和由电阻产生的发热问题。随着LED亮度的增加，发热会越来越严重。在电流较小、LED正向电压略低于电源电压时，这种类型的稳流方式较为适用。

2.2 开关恒流LED驱动器

开关恒流LED驱动器在一个周期内，RLC（槽电路）被充电。在下一个周期，该电路储存的能量被用于驱动负载或用于增加驱动负载的能量。这种工作模式一般可实现高于80%的效率，在大多数情况下还可达到90%以上。在降压开关恒流LED驱动器电路中，流过LED的电流是连续的，但是交迭的。而整个电路的能耗却是不连续的，该电路可在电源输入侧引发EMI问题，并通过电源线传导。

2.3 升压/降压恒流LED驱动器

汽车照明中要用到升压/降压LED驱动器是因为蓄电池的电压是波动的，在电压波动时，需要保持流过LED的电流恒定，升压/降压LED驱动器能够保证输入电压有多大，保持恒定的电流。这可以确保，当冷启动和负载断电时，保障安全的照明灯保持恒定亮度。此外，要实现LED汽车照明应用的通用性，还需要LED驱动器拓扑结构不同。升压/降压LED驱动器驱动器是理想的高亮度汽车照明系统的选择方案。

2.4 高电压驱动LED

当电源电压很高，而LED的正向压降（VF）与之相比要低10—20倍。对此要实现高效及降低辐射噪声的有效方法是，当电压相差10—20倍时，应选取比电感线圈最高频率低10—20倍的开关频率。

2.5 调光控制

通常情况下。可采用外部RSET电阻、线性调节和PWM调节等技术控制LED亮度。在LED驱动器外部使用RSET电阻的方式缺乏灵活性，无法经行动态调节。线性调节使LED的亮度得到动态控制，但使LED的效率降低，并让白光LED的色彩偏移。相对来说，PWM的调节技术有十分明显优势，如果PWM脉冲是低电平或者高电平，LED输入电流分别是0或者最大，它的导通时间受到PWM引脚输入脉冲的占空比控制。因为LED总是工作于相同的电流条件下，通过施加一个PWM信号来控制LED亮度的做法可以在不改变色彩的情况下实现对LED亮度的动态调节。

3 结语

在汽车内部，有几种采用各种类型LED的“标准配置”照明模块，有些是单个LED，而像导航面板背光照明等另一些应用则需要LED阵列。在外部照明方面，LED也得到了认可。现在超过40%的汽车中央高位刹车灯已采用了红色的LED。可见，LED照明在汽车照明中的应用无处不在，现在还需要加强LED照明的研究，使之更好地运用到汽车的照明中去。

参考文献

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