高亮度LED驅動電路在汽車中的應用詳解

近年來，高亮度LED應用發(fā)展神速，特別是在指示牌、交通信號燈方面。而對汽車應用來說，LED亦有極大的吸引力，長壽命、抗震、高效、對光源良好的控制能力，都是它的優(yōu)勢。當然，相對于白熾燈，LED需要驅動電路，還有汽車電氣是靠酸鉛蓄電池供電的，是機械驅動的交流發(fā)電機充電，這類電池適合白熾燈，不適用LED，因此，設計一種穩(wěn)壓性能良好而又低噪聲的驅動電路是十分必要的。

　　理論上，LED光輸出與驅動電流有關，而與電源電壓無關。最對低要求應用，如果電源電壓穩(wěn)定的話，一個電阻就可限制電流。值得注意的是，對這種最簡單的應用電路，LED在一定程度上顯示出自穩(wěn)定特性。亦即，若溫度升高的話，LED的光輸出減少，但同時其正向壓降亦降低，使驅動電流增加，從而補償了較高溫度下光輸出的減少。

　　遺憾的是，汽車電源的變化范圍是很大的，在8V-18V之間，峰值電壓可達幾十伏。此外，高亮度LED驅動電流大，會在電阻上產生大量的熱量，使散熱設計復雜化。

　　相對簡單的方案是使用線性降壓穩(wěn)壓器(圖1)，D1是一個穩(wěn)壓二極管，通過LED的電流設定為VD1/RSET。D2對基極二極管進行濕度補償。這個電路仍然存在能量損失問題和電阻散熱問題。對于低電流LED，尤其是串聯后的LED正向壓降和稍低于電源電壓的場合，這個電路不失為經濟有效的方案。

　　圖1簡單穩(wěn)流電路

　　在多數場合，開關電源提供一種更佳的電氣解決方案。顧名思義，開關電源是開關工作的，在一個周期，對RLC電路充電；在下一個周期，存儲的能量用來驅動負載。這類電路效率極高，一般都能達到90%以上，開關穩(wěn)壓器能提升電壓，降低電壓，還能產生極性相反的電壓，這是線性穩(wěn)壓器所不具備的。　　最簡單的開關穩(wěn)壓器是圖2所示的降壓穩(wěn)壓器，輸入電壓與LED電壓之間的壓差對電感L充電，電流隨之增加，當電流達到預設的值時，控制電路將串聯的晶體管關閉，在LED通路形成一個交變電流。注意，在LED驅動應用中，開關穩(wěn)壓電路控制電流的峰值。

　　這個值由可編程IC或外部元件來設定。電流值也由FET開關漏極上檢測電阻來定義。降壓穩(wěn)壓器流過LED的電流是連續(xù)的，但是交變的，而對電源而言是不連續(xù)的，這對電源工作會產生一定的影響，也增加了電源線上的噪聲。

　　圖2降壓型開關穩(wěn)流電路

　　如果電源電壓低于所有LED串聯電壓和，就要選用升壓穩(wěn)壓器。升壓穩(wěn)壓器(圖3)既要控制電流，又要控制電壓，電路相對復雜些。升壓穩(wěn)壓器在大電流情況下同樣存在嚴重的干擾問題。因而最穩(wěn)定又最安全的LED驅動器可采用升壓與降壓相結合的形式。一個升壓穩(wěn)壓器可驅動幾個并聯的降壓穩(wěn)壓器。這樣，面對電源的是性能良好的升壓穩(wěn)壓器，而在負載端則是高電流輸出的降壓穩(wěn)壓器。

　　圖3升壓型開關穩(wěn)流電路

　　所有開關電源都會產生噪聲，電壓型穩(wěn)壓器可以提高工作頻率，在輸出端用大電容來濾波，LED電源是穩(wěn)流型的，降低噪聲就得采取如下措施：

　　·降低工作頻率。

　　·開關晶體管應用放置在電路板的中心區(qū)域。

　　·快速恢復二極管。

　　·LED區(qū)不要形成電流環(huán)路。

　　·縮短電纜和印制電路板上走線。

　　除了上述措施，新的方案也有助降低驅動電源的噪聲。Melexis公司的MLX10801和MLX10803LED驅動器采用偽隨機開關頻率發(fā)生器來降低電氣噪聲。圖4是低噪聲應用的電路實例，它符合CISPR25的5級標準，這里CISPR是國際無線電干擾特別委員法文的縮寫。工作電感L1應根據開關頻率和LED電流來確定。為了方便用戶設計，公司還提供了一個軟件和Excel表格，用來選取ROSC、RSET和RSENSE。

　　圖4MLX10803應用實例

　　對圖4電路，開關頻率應低于150KHz，若LED電流在0.5-1A之間，L1與L2為100H。噪聲是寬