襄陽汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院　程　陽

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汽車電子中的LED驅(qū)動電路的設(shè)計研究

襄陽汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院程陽

【摘要】隨著汽車電子產(chǎn)品市場競爭的日益激烈，對其中LED驅(qū)動電路的設(shè)計也提出更高的要求。從現(xiàn)行汽車設(shè)計中LED的應(yīng)用現(xiàn)狀看，其表現(xiàn)出明顯的性能穩(wěn)定、工作電壓低以及使用壽命長等優(yōu)勢，但這些優(yōu)勢是否能夠充分發(fā)揮，關(guān)鍵在于LED驅(qū)動電路設(shè)計是否合理。對此，本文將對LED驅(qū)動電路的相關(guān)概述、芯片系統(tǒng)設(shè)計思路以及LED芯片模塊電路設(shè)計的具體路徑進行探析。

【關(guān)鍵詞】汽車電子；LED驅(qū)動電路；芯片；設(shè)計

0　前言

作為汽車的“眼睛”，汽車車頭燈在功能上應(yīng)具有多樣性特征，確保其能夠根據(jù)實際駕駛要求提供適當(dāng)光亮。以現(xiàn)行汽車電子中LED的應(yīng)用為例，其逐漸取代汽車原有的包括車頭燈在內(nèi)的大部分光源，在優(yōu)勢上出表現(xiàn)為節(jié)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(yōu)勢的發(fā)揮，關(guān)鍵在于LED驅(qū)動電路的合理設(shè)計。因此，本文對LED驅(qū)動電路設(shè)計分析，具有十分重要的意義。

1　LED驅(qū)動電路的相關(guān)概述

關(guān)于LED驅(qū)動電路，若以LED電源類型為基礎(chǔ)，可將其細化為恒流、恒壓兩種驅(qū)動類型。現(xiàn)行應(yīng)用較為廣泛的主要以恒流源驅(qū)動為主，原因在于LED主要由PN結(jié)構(gòu)成，這樣LED兩端電壓、工作電流都以指數(shù)關(guān)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(qū)動形式，電流在LED中將存在極大的差異，這樣的發(fā)光特性也會因電流相差而出現(xiàn)不同。所以，LED驅(qū)動電源方面需選擇恒流源驅(qū)動。若以電路拓撲結(jié)構(gòu)為依據(jù)，恒流LED驅(qū)動電路可具體細化為電荷泵型、恒流LDO型、電感式開關(guān)等三種。根據(jù)實踐研究發(fā)現(xiàn)，這三種電源驅(qū)動電路在應(yīng)用中，開關(guān)電源型類型中的驅(qū)動芯片本身具有較高的轉(zhuǎn)換率，其對大功率應(yīng)用場合較為適用，LED使用中不會因芯片產(chǎn)熱過多而產(chǎn)生明顯的影響。尤其現(xiàn)行LED在實際應(yīng)用中面臨驅(qū)動電流不斷增大的情況，此時便需考慮到芯片驅(qū)動形式的選擇，應(yīng)保證其具有較大的負載電流，才可使用于汽車中的LED驅(qū)動電路發(fā)揮其應(yīng)有的效果。

除此之外，在開關(guān)電源型芯片應(yīng)用下，應(yīng)注意選擇相應(yīng)的開關(guān)電源控制模式，常見的模式主要以PFM、PWM與滑?？刂频葹橹鳌Ｍㄟ^比較發(fā)現(xiàn)，能夠適應(yīng)現(xiàn)代LED驅(qū)動芯片市場需求的控制方式，應(yīng)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(jié)構(gòu)較為簡單，加上運行中頻率較為固定，所以可運用于LED驅(qū)動芯片中的模式將以PWM控制模式為主[1]。

2　芯片系統(tǒng)設(shè)計的主要方案

芯片系統(tǒng)是LED驅(qū)動電路設(shè)計的關(guān)鍵所在，本文在設(shè)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(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ)主要以電路穩(wěn)定性、斜坡補償以及PWM控制模式為主。系統(tǒng)設(shè)計過程中，首先需做好設(shè)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(tǒng)功能進行明確，這些功能具體體現(xiàn)在：①若LED驅(qū)動系統(tǒng)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(xiàn)；③REF基準、VDD電源被提供。根據(jù)該設(shè)計方案，可完成電路系統(tǒng)框圖的設(shè)計。在整個電路系統(tǒng)中，由于有外圍功率級電路的配合，主控制環(huán)路能夠以負反饋環(huán)路的形式對輸出電流進行調(diào)節(jié)，生成相應(yīng)的電流定值IREF。同時，整個電路系統(tǒng)中，在PWMD處理模塊與HICCUP打嗝保護模塊的作用下，可使的數(shù)字信號得到處理，數(shù)字調(diào)光目的由此實現(xiàn)。

為使系統(tǒng)更具穩(wěn)定性，實際設(shè)計中還需考慮到補償器的應(yīng)用問題，根據(jù)大多研究理論發(fā)現(xiàn)，在補償器件選取中，應(yīng)保證器件在任何應(yīng)用情況下都需保證超出45°的裕度。另外，LED驅(qū)動芯片的性能參數(shù)也是設(shè)計中應(yīng)考慮的主要問題，一般設(shè)計中多從跨導(dǎo)誤差放大器、電壓基準以及穩(wěn)壓器等模塊方面進行參數(shù)設(shè)計，可在電路設(shè)計前對客戶應(yīng)用需求進行調(diào)查，完成最終性能參數(shù)的確定[2]。

3　LED芯片模塊電路設(shè)計的具體思路

3.1預(yù)穩(wěn)壓電路設(shè)計

預(yù)穩(wěn)壓電路設(shè)計主要需考慮使帶隙、電流等基準電路能夠發(fā)揮應(yīng)有功能。傳統(tǒng)汽車電路設(shè)計中傾向于以高壓器件為主，其極易出現(xiàn)失配大等問題。因此，應(yīng)考慮利用預(yù)穩(wěn)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(yīng)的電壓。需注意的是通常預(yù)穩(wěn)壓電路設(shè)計中可使環(huán)路穩(wěn)定性問題得到解決，而且結(jié)構(gòu)簡單，優(yōu)勢較為明顯。但假若有環(huán)境噪聲、工作溫度或供電電壓變化問題，輸出電壓便可能發(fā)生改變。通常在電源電壓不會對基準模塊輸出量產(chǎn)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(shè)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(shè)計中可考慮使設(shè)計后的電路為正反饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)在反饋系數(shù)上保持1以內(nèi)，這樣所輸出的電流將較為穩(wěn)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(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的影響得以減小。另外，電流基準電路設(shè)計中還需將過溫保護電路集成其中，這樣溫度超過設(shè)定的標(biāo)準值時，將會發(fā)出相應(yīng)的信號。而從帶隙基準電路角度看，其能夠?qū)⒖茧妷涸刺峁┙o系統(tǒng)。設(shè)計中主要需做好正、負溫度系數(shù)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(dǎo)放大器與振蕩器的設(shè)計

在誤差跨導(dǎo)放大器設(shè)計方面，本文主要考慮將折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)引入其中，其通過COMP輸出接點外接大電容，但由于該系統(tǒng)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(tǒng)運行中將更具穩(wěn)定性。通過研究發(fā)現(xiàn)，誤差跨導(dǎo)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(wěn)定運行要求。另外，在振蕩器設(shè)計中，其主要負責(zé)將鋸齒波信號提供給系統(tǒng)，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(shè)計中可考慮將一個外接電阻設(shè)置在振蕩器中，當(dāng)電阻取值發(fā)生變化時，系統(tǒng)時鐘頻率可自動調(diào)整。除此之外，LED驅(qū)動電路設(shè)計中，打嗝保護電路、線性穩(wěn)壓電路等也是設(shè)計的重點內(nèi)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(jié)束后，電路能夠重新恢復(fù)動作。需注意的是無論對哪種電路進行設(shè)計，都要求在設(shè)計后做好仿真驗證工作，使所有構(gòu)件性能參數(shù)滿足LED驅(qū)動電路運行要求，這樣才可達到電路設(shè)計的目標(biāo)[5]。

4　結(jié)論

LED驅(qū)動電路是現(xiàn)行汽車電子設(shè)計中需考慮的主要內(nèi)容。實際設(shè)計中贏正確認識LED驅(qū)動電路的內(nèi)涵與特征，在此基礎(chǔ)上提出芯片系統(tǒng)設(shè)計的主要思路，同時在實際設(shè)計過程中應(yīng)從預(yù)穩(wěn)壓電路、帶隙基準電路、電流基準電路、振蕩器以及誤差跨導(dǎo)放大器等方面著手，并保證相關(guān)的線性穩(wěn)壓電路與打嗝保護電路設(shè)計更為合理，以此使汽車電子中LED驅(qū)動電路性能得到優(yōu)化。

參考文獻

[1]沈亞丹.汽車電子中的LED驅(qū)動電路的研究設(shè)計[D].浙江大學(xué),2013.

[2]李軻,劉巍,高松林.汽車電子中的LED驅(qū)動電路的設(shè)計[J].電子制作,2013,22:12.

[3]金紫陽.汽車電子中的LED驅(qū)動電路的設(shè)計[J].山東工業(yè)技術(shù),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(yīng)用及其驅(qū)動電路的設(shè)計[J].當(dāng)代汽車,2011,01:102-104.

[5]劉益宏,屠大維.LED汽車前照燈驅(qū)動電路設(shè)計與仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011,06:203-207.