汽車LED照明燈驅動系統的設計與仿真

許雅楠

摘 要：隨著科學技術的發展，全世界的汽車工業的研發部門都在努力開發智能化的輔助駕駛系統，以減輕駕駛員的負擔，并進一步提高汽車行駛的安全性和舒適度。在汽車照明方面，人們也在開發智能的汽車照明系統，LED照明提供了更時尚的選擇，可實現“即時”照明，并允許0～100%的功率進行亮度控制。采用LED的優點包括更快達到設定亮度、更高的效率、更長的使用壽命以及很細小的紅光LED陣列更易于設計和安裝，LED照明正以勢不可擋的優勢風靡全球汽車生產的照明。本文就汽車LED照明驅動系統的設計與仿真做簡要的介紹。

關鍵詞：汽車LED照明燈 驅動系統 設計與仿真

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0119-01

1 汽車LED照明燈及驅動系統的介紹

1.1 LED的結構

由電極、光學系統和PN結芯片組成LED的結構。在LED兩電極施加正向偏壓之后，使空穴和電子分別注入N區和P區，當不平衡的少數載流子集合時，就運用輻射光子的方式把剩下的能量變換位光能。

LED實際就是一塊具有電致發光功能的半導體材料，放在有引線的架上，四周密封時用環氧樹脂，有保護內部的芯線的作用。LED的兩根引線中較長的一根為正極，應接電源正極。有的LED的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。與白熾燈和氖燈相比，LED的特點是：工作電壓低；工作電流很小；抗沖擊和抗振性能好，可靠性高，壽命長；通過調制LED的電流強弱可以方便地調制LED的發光強弱。

LED的發光過程有3部分：正向偏壓下的復合輻射、光能傳輸和載流子注入。環氧樹脂把半導體芯片封裝，當電子流過芯片，負電子運動到正電子的空穴區域并復合，空穴和電子消失隨之光子產生。空穴和電子間能量越大，產生光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應，在可見的頻譜范圍內，藍色光、紫色光攜帶的能量最多，桔色光、紅色光攜帶的能量最少。由于不同的材料具有不同的能量，從而能夠發出不同顏色的光。

1.2 LED照明燈驅動器分類

LED雖然在節能方面比普通光源效率高，但是LED光源卻不能像一般的光源一樣可以直接使用公用電網電壓，它必須配有專用的電壓轉換設備，提供能夠滿足驅動LED的額定電壓和電流才能使LED正常工作。但是由于各種規格不同的LED驅動器的性能和轉換效率不同，所以選擇合適、高效的LED驅動器才能真正展現出LED光源高效能的特性。因為低效率的LED驅動器本身就需要消耗大量的電能，所以在給LED供電過程中就無法凸顯LED的節能特點。總之，LED驅動器在LED工作中對LED的穩定性、節能性、壽命長短都起著重要的作用。LED按驅動方式可以分為兩大類：

恒流式。采用恒流源驅動LED十分理想，缺點是較高的價格。恒流電路雖然不擔心負載發生短路，但是禁止負載全部開路，該電路輸出的是恒定的電流，輸出的直流電壓卻在一定的范圍內發生變化。在應用中藥限制LED的使用次數，由于恒流驅動器有承受的最大電壓值和電流值。

穩壓式。穩壓式LED驅動電路在確定各個參數后，輸出的電壓是固定的，輸出的電流卻隨著負載的增減而變化。穩壓式驅動電路雖然不怕負載開路，但是嚴禁負載完全短路，采用穩壓式驅動電路驅動LED需要設置合適的限流電阻。

2 LED照明燈驅動系統的設計與仿真

2.1 分立器件線性恒流LED驅動器

用分立器件設計的線性LED恒流驅動器相對簡單。該電路中的VD2提供對晶體管基極的簡單溫度補償。LED電流則由下式確定：ILED=VD1/RSET。采用分立器件設計的恒流LED驅動器，雖然電路簡單，但與所有低效LED驅動器一樣，都存在能量消耗和由電阻產生的發熱問題。隨著LED亮度的增加，發熱會越來越嚴重。在電流較小、LED正向電壓略低于電源電壓時，這種類型的穩流方式較為適用。

2.2 開關恒流LED驅動器

開關恒流LED驅動器在一個周期內，RLC（槽電路）被充電。在下一個周期，該電路儲存的能量被用于驅動負載或用于增加驅動負載的能量。這種工作模式一般可實現高于80%的效率，在大多數情況下還可達到90%以上。在降壓開關恒流LED驅動器電路中，流過LED的電流是連續的，但是交迭的。而整個電路的能耗卻是不連續的，該電路可在電源輸入側引發EMI問題，并通過電源線傳導。

2.3 升壓/降壓恒流LED驅動器

汽車照明中要用到升壓/降壓LED驅動器是因為蓄電池的電壓是波動的，在電壓波動時，需要保持流過LED的電流恒定，升壓/降壓LED驅動器能夠保證輸入電壓有多大，保持恒定的電流。這可以確保，當冷啟動和負載斷電時，保障安全的照明燈保持恒定亮度。此外，要實現LED汽車照明應用的通用性，還需要LED驅動器拓撲結構不同。升壓/降壓LED驅動器驅動器是理想的高亮度汽車照明系統的選擇方案。

2.4 高電壓驅動LED

當電源電壓很高，而LED的正向壓降（VF）與之相比要低10—20倍。對此要實現高效及降低輻射噪聲的有效方法是，當電壓相差10—20倍時，應選取比電感線圈最高頻率低10—20倍的開關頻率。

2.5 調光控制

通常情況下。可采用外部RSET電阻、線性調節和PWM調節等技術控制LED亮度。在LED驅動器外部使用RSET電阻的方式缺乏靈活性，無法經行動態調節。線性調節使LED的亮度得到動態控制，但使LED的效率降低，并讓白光LED的色彩偏移。相對來說，PWM的調節技術有十分明顯優勢，如果PWM脈沖是低電平或者高電平，LED輸入電流分別是0或者最大，它的導通時間受到PWM引腳輸入脈沖的占空比控制。因為LED總是工作于相同的電流條件下，通過施加一個PWM信號來控制LED亮度的做法可以在不改變色彩的情況下實現對LED亮度的動態調節。

3 結語

在汽車內部，有幾種采用各種類型LED的“標準配置”照明模塊，有些是單個LED，而像導航面板背光照明等另一些應用則需要LED陣列。在外部照明方面，LED也得到了認可。現在超過40%的汽車中央高位剎車燈已采用了紅色的LED。可見，LED照明在汽車照明中的應用無處不在，現在還需要加強LED照明的研究，使之更好地運用到汽車的照明中去。

參考文獻

[1]劉益宏，屠大維.LED汽車前照燈驅動電路設計與仿真[J].現代電子技術，2011（6）.

[2]黃遠鵬，陳德為，謝延興.大功率白光LED加速壽命試驗方法與可靠性評估[J].現代建筑電氣，2012（2）.

[3]力維，任豪.LED照明測試技術[J].中國照明電器，2010（6）.

[4]史永勝，買迪，寧磊.實現道路均勻照明的LED自由曲面透鏡設計方法綜述[J].照明工程學報，2010（5）.

[5]李德高.大功率LED可靠性快速篩選技術的研究[D].浙江工業大學，2009.