LED驅(qū)動(dòng)器是什么？如何汽車應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)？

LED是一種高效環(huán)保的新型半導(dǎo)體光源，有其它光源無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。在未來(lái)汽車照明應(yīng)用中前景光明。LED 可以用串聯(lián)、并聯(lián)等不同的方式組合成LED 陣列，以滿足汽車照明強(qiáng)度的要求。針對(duì)LED 的發(fā)光特性，重點(diǎn)討論了LED 驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)，同時(shí)簡(jiǎn)述了LED 目前存在的問(wèn)題及解決方法。

1、汽車車燈作用及要求

目前，汽車日趨平民化，已成為主要交通工具，行車安全引起了社會(huì)廣泛的關(guān)注。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，汽車在夜晚或自然光線不足的情況下行駛的里程占總行駛里程的25%，而在此間發(fā)生的交通事故占到總事故的40%，并且一半以上的傷亡事故發(fā)生在夜間。因此，車外照明燈及信號(hào)燈是汽車安全行駛的關(guān)鍵部件，必須滿足下列條件：

(1)汽車照明燈點(diǎn)亮無(wú)延遲，響應(yīng)時(shí)間更快，給駕駛員更多的反應(yīng)時(shí)間。

(2)照明亮度強(qiáng)，在夜間或自然光線不足的情況下提高駕駛員的視野，同時(shí)使車外信號(hào)燈的指示作用更強(qiáng)。

(3)高耐震，工作可靠性高，避免因照明故障引起的意外事故。

(4)節(jié)能，能夠有效減少?gòu)U氣的排放量，保護(hù)環(huán)境。

(5)基于汽車銷售競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，車燈設(shè)計(jì)要實(shí)用和美觀。

2、LED 成為汽車照明選材中的新星

2.1 LED 的工作原理

LED 是特殊的二極管，是一種通過(guò)摻雜等手段形成PN 結(jié)的半導(dǎo)體器件。當(dāng)滿足二極管導(dǎo)通條件時(shí)，電流流過(guò)LED，以光和熱的形式釋放出能量。LED 是電流控制的電流型元件，其發(fā)光強(qiáng)度主要依據(jù)通過(guò)的電流大小，正向?qū)〞r(shí)，其壓降非常高，而且本身具有一定的波動(dòng)范圍。

由于LED 沒(méi)有紅外線及紫外線的輻射，其消耗的能量除轉(zhuǎn)換為光能外，幾乎都是熱能，且只能以熱傳導(dǎo)的形式傳出，因此，LED 在工作時(shí)，結(jié)溫會(huì)逐漸升高。而LED 是具有負(fù)溫度系數(shù)的器件，流過(guò)LED 的電流會(huì)隨溫度升高而增大，這就形成了正反饋，造成結(jié)溫的進(jìn)一步升高，如不加控制，就會(huì)燒毀LED。LED 的熱學(xué)參數(shù)與PN 結(jié)的結(jié)溫有很大關(guān)系，主波長(zhǎng)與溫度的關(guān)系如下式：

mp(Tl) = m0(T0)+ 3Tg #0.1nm/°C

由上式可知，每當(dāng)LED 結(jié)溫升高10℃時(shí)，主波長(zhǎng) ( 人眼能夠觀察到的) 就會(huì)向長(zhǎng)波漂移1nm(1nm=10-9m)，導(dǎo)致LED 亮度下降，出現(xiàn)光衰。因此， 個(gè)別LED 過(guò)熱，就會(huì)造成LED 陣列發(fā)光的均勻性變差。

2.2 LED 顯著的照明優(yōu)勢(shì)

LED 被稱為新光源，原因在于LED 具備點(diǎn)光源與固態(tài)光源的特性，因此具有其它照明光源無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

(1)LED 壽命理論上可達(dá)10 萬(wàn)小時(shí)， 實(shí)際壽命也可達(dá)到2 萬(wàn)小時(shí)以上，比一般白炙燈泡的1 000 小時(shí)、日光燈具的1 萬(wàn)小時(shí)更具優(yōu)勢(shì)，在汽車使用壽命期間一般無(wú)須更換。

(2)點(diǎn)亮無(wú)延遲，響應(yīng)時(shí)間更快。LED 的啟動(dòng)時(shí)間僅為幾十納秒，啟動(dòng)時(shí)間較白熾燈泡大大縮短。

(3)在光線亮度高、自然光線可見(jiàn)度低的情況下，大大降低汽車事故發(fā)生率;基本上無(wú)輻射，屬于“綠色光源”。

(4)LED 占用體積小， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高耐震，設(shè)計(jì)者可以隨意變換燈具模式，令汽車造型多樣化，滿足不同消費(fèi)者需求。

(5)LED 光源受電壓變化的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于白熾燈泡，顯示了卓越的安全性和可靠性，同時(shí)消耗的能量較同光效的白熾燈減少80%，非常節(jié)能。

基于上述優(yōu)勢(shì)，LED 可以在汽車照明中廣泛應(yīng)用，但單個(gè)LED 無(wú)法滿足汽車照明強(qiáng)度的要求，必須多個(gè)串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)成LED 陣列使用，如圖1 所示。

圖1 LED 組合成的照明光源

2.3 LED 驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)

LED 驅(qū)動(dòng)方式可采用電阻限流、線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)型變換器3 類。電阻限流方案適用于效率低的應(yīng)用場(chǎng)合，所以對(duì)效率要求極高，輸入電壓范圍寬的汽車照明上不采用此方法;線性穩(wěn)壓器適應(yīng)于低電流或LED 正向壓降稍低于電源電壓的場(chǎng)合，但同樣存在效率和輸入電壓范圍小的問(wèn)題;開(kāi)關(guān)型變換器具有電路拓?fù)潇`活、效率高和輸入電壓寬的特性。因此，綜合考慮工作效率、安裝尺寸、靜態(tài)電流、工作電壓、噪聲和輸出調(diào)節(jié)等因素后，驅(qū)動(dòng)電路多采用開(kāi)關(guān)型變換器。開(kāi)關(guān)變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為Buck、Boost 及Buck-Boos 等方式。目前來(lái)看，LED 應(yīng)用在汽車照明上，其驅(qū)動(dòng)電源必然是鉛酸蓄電池。

因?yàn)樾铍姵氐妮斎腚妷悍秶鷷?huì)與正常的范圍有很大的出入，因此驅(qū)動(dòng)電路一般用Buck-Boost 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)滿足LED陣列對(duì)電壓要求。此電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直流增益 (輸出電壓與輸入電壓之比)與占空比D(一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，開(kāi)通時(shí)間與周期的比值)有關(guān)。當(dāng)電池電壓低于LED 所需電壓時(shí)，調(diào)節(jié)D > 0.5，使電路處于升壓狀態(tài);當(dāng)電池電壓高于LED 所需電壓時(shí)，調(diào)節(jié)D < 0.5，使電路處于降壓狀態(tài)。LED 是電流控制的電流型元件，亮度與流過(guò)的電流成正比。如果LED 不是恒流驅(qū)動(dòng)，通過(guò)的電流波動(dòng)時(shí)，即使電壓恒定也會(huì)造成LED 的亮度變化。為保證亮度穩(wěn)定可靠，LED 需要恒定的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)，而且還需要在任何情況下都能將紋波電流控制在可接受的水平。所以，LED 驅(qū)動(dòng)電路的輸出必須是恒流輸出而非恒壓輸出。

什么是LED驅(qū)動(dòng)器

LED驅(qū)動(dòng)器將電源更改為特定電壓電流以驅(qū)動(dòng)LED電壓轉(zhuǎn)換器。一般來(lái)說(shuō)，LED驅(qū)動(dòng)器的輸入包括高壓工頻交流電(即城市用電)、低壓直流電、高壓直流電、低壓直流電和高頻交流電(如電子變壓器的輸出端)。LED驅(qū)動(dòng)器電源的輸出大多是恒流源，可以隨著LED正向壓降的變化而改變電壓。LED電源的核心元件包括開(kāi)關(guān)控制器、電感器、開(kāi)關(guān)元件(MOSFET)、反饋電阻、輸入濾波器件、輸出濾波器等。根據(jù)不同場(chǎng)合的要求，必須有輸入過(guò)壓保護(hù)電路、輸入欠壓保護(hù)電路、LED開(kāi)路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)電路等。

LED驅(qū)動(dòng)電源的特點(diǎn)

(1)高可靠性

特別是LED路燈的驅(qū)動(dòng)功率安裝在高海拔地區(qū)，因此維護(hù)不方便，維護(hù)成本也很大。

(2)高效率

LED是一種節(jié)能產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)電源效率高。在燈具中安裝電源非常重要。電源的效率高，但功耗小，燈具中的熱量小，因此燈的溫升也降低了。因此，延緩LED衰減是有利的。

(3)高功率因數(shù)

功率因數(shù)是電網(wǎng)對(duì)負(fù)載的需求。一般來(lái)說(shuō)，額定功率低于70瓦的電器沒(méi)有強(qiáng)制性指標(biāo)。單個(gè)電器的功率因數(shù)雖然低，但對(duì)電網(wǎng)影響不大;但是，到了晚上，電網(wǎng)會(huì)受到大量照明和同種負(fù)載集中的嚴(yán)重污染。在不久的將來(lái)，30瓦-40瓦LED驅(qū)動(dòng)器的功率因數(shù)可能會(huì)有一些指數(shù)要求。

(4)駕駛模式

現(xiàn)在有兩種流量：一種是多個(gè)恒流源的恒壓源，每個(gè)恒流源單獨(dú)提供給每個(gè)LED。這樣，組合靈活，所有LED故障不影響其他LED的工作，但成本會(huì)略高。另一種是直流恒流電源，即“科科匯寶”的驅(qū)動(dòng)方式，由LED串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行。它具有成本低但靈活性差的優(yōu)點(diǎn)，并且在解決LED故障時(shí)也不會(huì)影響其他LED操作問(wèn)題。這兩種形式在一段時(shí)間內(nèi)共存。多路恒流輸出功率的方式在成本和性能方面會(huì)更好。也許這是未來(lái)的主要方向。

(5)浪涌保護(hù)

LED抵抗浪涌的能力相對(duì)較差，尤其是抵抗反向電壓的能力。加強(qiáng)這方面的保護(hù)也很重要。一些LED燈在戶外，如LED路燈。由于減載和雷擊感應(yīng)，各種浪涌會(huì)從電網(wǎng)侵入，有些浪涌會(huì)造成LED損壞。因此，對(duì)“中科匯寶”驅(qū)動(dòng)力的分析應(yīng)該在電涌保護(hù)方面存在不足。至于頻繁更換電源和燈具，LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具有抑制浪涌和保護(hù)LED免受損壞的能力。

(6)保護(hù)功能

為了滿足安全性和電磁兼容性的要求，除了常規(guī)的保護(hù)外，最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋。

LED驅(qū)動(dòng)器的類型

2.1LED驅(qū)動(dòng)器恒流

根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式，常見(jiàn)的市售led燈驅(qū)動(dòng)器分為兩種。一種是恒流驅(qū)動(dòng)。恒流驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是輸出電流恒定。輸出電壓在一個(gè)范圍內(nèi)變化。所以我們經(jīng)常在市場(chǎng)上看到驅(qū)動(dòng)外殼被標(biāo)出(輸出：DC**V-**V**mA+-5%)。這意味著輸出電壓處于其中一個(gè)輸出電壓中。范圍，電流是多少mA。

一個(gè)。恒流驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流是恒定的，但輸出直流電壓隨負(fù)載大小的不同在一定范圍內(nèi)變化。負(fù)載電阻小，輸出電壓低，負(fù)載電阻越大，輸出電壓越高。

B.恒流電路不怕負(fù)載短路，但嚴(yán)禁負(fù)載全開(kāi)。

C.恒流驅(qū)動(dòng)電路是驅(qū)動(dòng)LED的理想選擇，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，價(jià)格較高。

D.應(yīng)注意使用的最大耐受電流和電壓，這限制了使用的LED數(shù)量。

2.2LED驅(qū)動(dòng)器恒壓

另一種是恒壓驅(qū)動(dòng)。恒壓驅(qū)動(dòng)特性是輸出電壓固定，電流隨燈具的變化限制在最大值。在這種情況下，外殼通常指示(輸出：DC**V**A)輸出固定伏特的電壓，以及有多少最大輸出電流可用。LED市場(chǎng)上最常見(jiàn)的輸出電壓是5V、12V、24V等。

一個(gè)。當(dāng)穩(wěn)壓電路中的參數(shù)確定后，輸出電壓是固定的，而輸出電流隨負(fù)載的增加或減少而變化。

B.穩(wěn)壓電路不怕負(fù)載開(kāi)路，但嚴(yán)禁負(fù)載短路。

C.穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路為L(zhǎng)ED供電。每個(gè)燈串都需要一個(gè)合適的電阻來(lái)平均每個(gè)燈串LED的亮度。

D.整流電壓的變化會(huì)影響亮度。

LED驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用

LED驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用取決于我們希望驅(qū)動(dòng)的LED參數(shù)。輸入電壓和電流是兩個(gè)最重要的參數(shù)。傳播燈附帶了有關(guān)如何計(jì)算LED燈輸入電壓和電流的單獨(dú)說(shuō)明。這只是對(duì)LED燈輸入的描述。人們將能夠看到原始的駕駛參數(shù)(一定要識(shí)別一些駕駛錯(cuò)誤的目標(biāo)!!)

我們根據(jù)燈板的輸入電壓和電流選擇相應(yīng)的LED驅(qū)動(dòng)器。例如，如果燈板的輸入電壓為37-40V，輸入電流為300mA，則可以選擇LED驅(qū)動(dòng)器輸出電壓將其包括在內(nèi)，并且電流幾乎相同。必須包括公式表面以及大于或小于全部的電壓。否則，會(huì)有閃爍。低電流是可以接受的。