汽車電子中的LED驅動電路的設計研究

襄陽汽車職業技術學院　程　陽

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汽車電子中的LED驅動電路的設計研究

襄陽汽車職業技術學院程陽

【摘要】隨著汽車電子產品市場競爭的日益激烈，對其中LED驅動電路的設計也提出更高的要求。從現行汽車設計中LED的應用現狀看，其表現出明顯的性能穩定、工作電壓低以及使用壽命長等優勢，但這些優勢是否能夠充分發揮，關鍵在于LED驅動電路設計是否合理。對此，本文將對LED驅動電路的相關概述、芯片系統設計思路以及LED芯片模塊電路設計的具體路徑進行探析。

【關鍵詞】汽車電子；LED驅動電路；芯片；設計

0　前言

作為汽車的“眼睛”，汽車車頭燈在功能上應具有多樣性特征，確保其能夠根據實際駕駛要求提供適當光亮。以現行汽車電子中LED的應用為例，其逐漸取代汽車原有的包括車頭燈在內的大部分光源，在優勢上出表現為節能降耗外，實用性也較強，如在亮光等級上的自動控制。需注意的是這些優勢的發揮，關鍵在于LED驅動電路的合理設計。因此，本文對LED驅動電路設計分析，具有十分重要的意義。

1　LED驅動電路的相關概述

關于LED驅動電路，若以LED電源類型為基礎，可將其細化為恒流、恒壓兩種驅動類型。現行應用較為廣泛的主要以恒流源驅動為主，原因在于LED主要由PN結構成，這樣LED兩端電壓、工作電流都以指數關系形式存在，充分說明在電壓變化情況下電流變化將極為明顯。假若利用恒壓源驅動形式，電流在LED中將存在極大的差異，這樣的發光特性也會因電流相差而出現不同。所以，LED驅動電源方面需選擇恒流源驅動。若以電路拓撲結構為依據，恒流LED驅動電路可具體細化為電荷泵型、恒流LDO型、電感式開關等三種。根據實踐研究發現，這三種電源驅動電路在應用中，開關電源型類型中的驅動芯片本身具有較高的轉換率，其對大功率應用場合較為適用，LED使用中不會因芯片產熱過多而產生明顯的影響。尤其現行LED在實際應用中面臨驅動電流不斷增大的情況，此時便需考慮到芯片驅動形式的選擇，應保證其具有較大的負載電流，才可使用于汽車中的LED驅動電路發揮其應有的效果。

除此之外，在開關電源型芯片應用下，應注意選擇相應的開關電源控制模式，常見的模式主要以PFM、PWM與滑模控制等為主。通過比較發現，能夠適應現代LED驅動芯片市場需求的控制方式，應具有靈活性、多樣性等特征，符合這一特點的便為PWM控制方式，其電路結構較為簡單，加上運行中頻率較為固定，所以可運用于LED驅動芯片中的模式將以PWM控制模式為主[1]。

2　芯片系統設計的主要方案

芯片系統是LED驅動電路設計的關鍵所在，本文在設計中主要選擇以CSMC 0.18um的BCD芯片為主，其在供電電壓上為25V，這種系統設計的理論基礎主要以電路穩定性、斜坡補償以及PWM控制模式為主。系統設計過程中，首先需做好設計方案的確定。方案中主要需將斜坡膜廠模塊、PWM控制模式等引入其中。同時對芯片系統功能進行明確，這些功能具體體現在：①若LED驅動系統中存在開路、短路等問題，可直接通過打嗝保護機制使其得以解決；②工作頻率同步可在多個芯片間實現；③REF基準、VDD電源被提供。根據該設計方案，可完成電路系統框圖的設計。在整個電路系統中，由于有外圍功率級電路的配合，主控制環路能夠以負反饋環路的形式對輸出電流進行調節，生成相應的電流定值IREF。同時，整個電路系統中，在PWMD處理模塊與HICCUP打嗝保護模塊的作用下，可使的數字信號得到處理，數字調光目的由此實現。

為使系統更具穩定性，實際設計中還需考慮到補償器的應用問題，根據大多研究理論發現，在補償器件選取中，應保證器件在任何應用情況下都需保證超出45°的裕度。另外，LED驅動芯片的性能參數也是設計中應考慮的主要問題，一般設計中多從跨導誤差放大器、電壓基準以及穩壓器等模塊方面進行參數設計，可在電路設計前對客戶應用需求進行調查，完成最終性能參數的確定[2]。

3　LED芯片模塊電路設計的具體思路

3.1預穩壓電路設計

預穩壓電路設計主要需考慮使帶隙、電流等基準電路能夠發揮應有功能。傳統汽車電路設計中傾向于以高壓器件為主，其極易出現失配大等問題。因此，應考慮利用預穩壓電路使電源電壓得到處理，這樣低壓器件在運行中有相應的電壓。需注意的是通常預穩壓電路設計中可使環路穩定性問題得到解決，而且結構簡單，優勢較為明顯。但假若有環境噪聲、工作溫度或供電電壓變化問題，輸出電壓便可能發生改變。通常在電源電壓不會對基準模塊輸出量產生較大影響的情況下，可考慮在供電中利用這種電路[3]。

3.2電流與帶隙基準電路設計

一般用于偏置電流提供的主要為電流基準，對這種電流基準往往可稱為有源負載。實際設計中可考慮使設計后的電路為正反饋系統，該系統在反饋系數上保持1以內，這樣所輸出的電流將較為穩定。同時，整個電路中也可進行偏置電壓的提供，其目的在于使溝道調制效應產生的影響得以減小。另外，電流基準電路設計中還需將過溫保護電路集成其中，這樣溫度超過設定的標準值時，將會發出相應的信號。而從帶隙基準電路角度看，其能夠將參考電壓源提供給系統。設計中主要需做好正、負溫度系數的控制，并對電路電阻采取trimming措施，確保工藝偏差對基準電壓的影響得以消除。其中的trimming措施，可考慮以熔trimming為主[4]。

3.3誤差跨導放大器與振蕩器的設計

在誤差跨導放大器設計方面，本文主要考慮將折疊式共源共柵結構引入其中，其通過COMP輸出接點外接大電容，但由于該系統在供電電流選擇上以VDD18為主的，無法將4層MOSFET管子疊加于同一支路上，這樣便要求以3層管子為主，盡管其使直流增益喪失，但系統運行中將更具穩定性。通過研究發現，誤差跨導放大器輸入對管可選擇PMOS管，其可使較低輸入共模電壓被獲取，工模輸入情況能夠滿足放大器穩定運行要求。另外，在振蕩器設計中，其主要負責將鋸齒波信號提供給系統，該信號能夠用于電感電流疊加、斜坡補償電流等方面，具體設計中可考慮將一個外接電阻設置在振蕩器中，當電阻取值發生變化時，系統時鐘頻率可自動調整。除此之外，LED驅動電路設計中，打嗝保護電路、線性穩壓電路等也是設計的重點內容，如在打嗝保護電路方面，其作用在于對錯誤的過壓保護信號、短路保護信號等有效處理，且在處理過程結束后，電路能夠重新恢復動作。需注意的是無論對哪種電路進行設計，都要求在設計后做好仿真驗證工作，使所有構件性能參數滿足LED驅動電路運行要求，這樣才可達到電路設計的目標[5]。

4　結論

LED驅動電路是現行汽車電子設計中需考慮的主要內容。實際設計中贏正確認識LED驅動電路的內涵與特征，在此基礎上提出芯片系統設計的主要思路，同時在實際設計過程中應從預穩壓電路、帶隙基準電路、電流基準電路、振蕩器以及誤差跨導放大器等方面著手，并保證相關的線性穩壓電路與打嗝保護電路設計更為合理，以此使汽車電子中LED驅動電路性能得到優化。

參考文獻

[1]沈亞丹.汽車電子中的LED驅動電路的研究設計[D].浙江大學,2013.

[2]李軻,劉巍,高松林.汽車電子中的LED驅動電路的設計[J].電子制作,2013,22:12.

[3]金紫陽.汽車電子中的LED驅動電路的設計[J].山東工業技術,2014,16:102.

[4]張興起,任開春,王永利,何春晗,張小春.淺談LED在汽車中的應用及其驅動電路的設計[J].當代汽車,2011,01:102-104.

[5]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,2011,06:203-207.