基于單芯片同步整流的LED車燈恒流電路設(shè)計(jì)

黃書生

（汕頭市林百欣科技中專，廣東 汕頭 515041）

0 引 言

傳統(tǒng)LED車燈驅(qū)動(dòng)大多為非ERP認(rèn)證產(chǎn)品，存在一定的干擾，嚴(yán)重的還會(huì)影響車載收音機(jī)的正常工作。目前，主流的LED車燈驅(qū)動(dòng)電路整流都是異步，外圍電路必須要二極管續(xù)流，整體轉(zhuǎn)換效率偏低，器件溫升很高。近年來(lái)，一些專家和技術(shù)人員在專利技術(shù)[1-4]和LED驅(qū)動(dòng)電路改進(jìn)[5-8]上做了大量研究，并取得了諸多成就。文獻(xiàn)[5]提出一種基于恒流二極管的LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本；文獻(xiàn)[8]提出一種用于汽車照明的LED恒流供電電路，利用精密穩(wěn)壓電源芯片產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)的參考電壓，在LED負(fù)載中串聯(lián)一個(gè)線繞電阻并利用它產(chǎn)生一個(gè)反饋電壓，將其與參考電壓分別送入電壓比較器中產(chǎn)生一個(gè)控制電壓，利用其控制調(diào)整元件的壓降，從而實(shí)現(xiàn)LED恒流供電。以上文獻(xiàn)不同程度地實(shí)現(xiàn)了LED燈恒流驅(qū)動(dòng)，取得了較好效果。目前，市場(chǎng)上雖有一些通過(guò)ERP認(rèn)證的LED車燈驅(qū)動(dòng)，但其驅(qū)動(dòng)方案基本都是異步方案，外圍復(fù)雜，需要較大的差模電感和共模電感，體積大、成本高、溫度高，外圍電路必須要二極管續(xù)流，整體轉(zhuǎn)換效率偏低，器件溫升高。

本文研究一款單芯片同步整流LED車燈驅(qū)動(dòng)電路，采用極其簡(jiǎn)單的外圍，大大節(jié)省了空間和成本，整體溫度低，輕松滿足小體積LED車燈驅(qū)動(dòng)的需求，方便組裝和安裝，并成功通過(guò)了ERP認(rèn)證。

圖1 LED恒流驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)總體框圖

圖2 LED驅(qū)動(dòng)電路

1 電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

圖1給出了LED恒流驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)總體框圖，主要包括橋式整流濾波模塊、同步整流及恒流控制模塊、輸出濾波模塊和LED負(fù)載電路。圖2為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路圖。

VIN與COM是輸入端，后面接4個(gè)二極管組成全波整流（即D1～D4）。輸入可以是交流電也可以是直流電，無(wú)需區(qū)分極性。電容E1、E2和電感L2組成PI型濾波電路，主要用于通過(guò)EMC測(cè)試減小驅(qū)動(dòng)電源的干擾。電感L2不同于目前主流的差模電感，僅需0805封裝大小的貼片磁珠即可。濾波電路后接LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1，電阻R1、電容C1的串聯(lián)回路為L(zhǎng)ED恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1內(nèi)置的高邊MOS自舉供電。LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1內(nèi)置的低邊MOS的漏端（SW腳）接主功率電感L1，L1為儲(chǔ)能電感，再經(jīng)輸出電容E3濾波后接到LED負(fù)載的正極。LED負(fù)載的負(fù)極與輸出濾波電容E3的負(fù)極一起接到LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片的電流檢測(cè)引腳IFB。電阻R3跨接在LED負(fù)載的負(fù)極與LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片的地端（GND），精確采樣輸出電流，實(shí)現(xiàn)恒流輸出。電阻R2與電容C2組成的串聯(lián)回路，一端接LED恒流驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)置低邊MOS的漏端，另一端接GND，作用是對(duì)SW的高頻開關(guān)噪聲及干擾進(jìn)行吸收。

1.2 LED散熱器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

LED驅(qū)動(dòng)電路工作效率雖高，但由于工作電流大，導(dǎo)致部分電能轉(zhuǎn)換成了熱能，在持續(xù)的大電流及有限的燈罩空間內(nèi)必然會(huì)使溫度過(guò)高。所以，解決COB光源及驅(qū)動(dòng)電路的散熱是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

為解決LED車燈的散熱問(wèn)題，本設(shè)計(jì)的散熱套件采用純鋁材料，如圖3所示。傳統(tǒng)LED車燈材料燈珠焊接基板采用常規(guī)1.5 mm厚度的FR-4覆銅板。設(shè)計(jì)中，COB LED材料燈珠焊接基板采用2 mm厚度的鋁基敷銅板，最大差異在于散熱性。此外，通過(guò)采用盡可能多的散熱翅片來(lái)增加散熱面積，起到更好的輔助散熱效果。相比FR-4覆銅板，鋁基覆銅板熱阻僅為1.0～2.0 ℃，而FR-4覆銅板熱阻為20～22 ℃，相差很大。

圖3 LED散熱器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2 測(cè)試與結(jié)果分析

設(shè)計(jì)采用AC POWER SOURCE APS-9501交流電源、DC 12 V電子負(fù)載儀作為測(cè)試設(shè)備，通過(guò)TEKtronix 3012B示波器、WT210 DIGITAL POWER METER功率計(jì)、34970A溫度數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行參數(shù)性能測(cè)試，從而驗(yàn)證整燈的效果。表1列出室溫下不同輸入電壓下基本輸出參數(shù)的測(cè)試情況，表2列出了在輸入電壓Ui=DC 12 V情況下系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)的溫度測(cè)試數(shù)據(jù)。

表1 室溫下基本參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)

表2 系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)溫度測(cè)試數(shù)據(jù)

由表1可以看出：在DC 9～15 V輸入電壓范圍內(nèi)，采用12 V電子負(fù)載儀，系統(tǒng)輸出電流平均值約為Io=1.613 A，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率約91.1%，系統(tǒng)的功率因數(shù)約0.94。

由表2可以看出：系統(tǒng)整燈在室溫、DC 12 V輸入條件下，輸出電壓Uo=12.2 V，經(jīng)老化1 h后，ESOP8芯片溫度為83.2 ℃，COB LED芯片溫度為92.1 ℃，符合ERP認(rèn)證要求。

3 結(jié) 論

設(shè)計(jì)采用單芯片同步整流小體積設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了LED車燈的恒流驅(qū)動(dòng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用LED雙級(jí)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，前級(jí)為整波電路，后級(jí)為L(zhǎng)ED恒流電路；

（2）采用單IC實(shí)現(xiàn)同步整流，相對(duì)于目前市面主流的異步方案，體積更小，外圍更簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換效率更高，溫升更低；

（3）支持無(wú)極性輸入，且只需極簡(jiǎn)外圍即可輕松通過(guò)EMC測(cè)試，整體成本更低；

（4）采用導(dǎo)熱性能好的鋁材和散熱性能好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使整燈的散熱效果良好，溫升降低。