襄陽(yáng)汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院　程　陽(yáng)

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汽車電子中的LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)研究

襄陽(yáng)汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院程陽(yáng)

【摘要】隨著汽車電子產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，對(duì)其中LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)也提出更高的要求。從現(xiàn)行汽車設(shè)計(jì)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(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，但這些優(yōu)勢(shì)是否能夠充分發(fā)揮，關(guān)鍵在于LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)是否合理。對(duì)此，本文將對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電路的相關(guān)概述、芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路以及LED芯片模塊電路設(shè)計(jì)的具體路徑進(jìn)行探析。

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

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(shí)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(shì)上出表現(xiàn)為節(jié)能降耗外，實(shí)用性也較強(qiáng)，如在亮光等級(jí)上的自動(dòng)控制。需注意的是這些優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，關(guān)鍵在于LED驅(qū)動(dòng)電路的合理設(shè)計(jì)。因此，本文對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)分析，具有十分重要的意義。

1　LED驅(qū)動(dòng)電路的相關(guān)概述

關(guān)于LED驅(qū)動(dòng)電路，若以LED電源類型為基礎(chǔ)，可將其細(xì)化為恒流、恒壓兩種驅(qū)動(dòng)類型?，F(xiàn)行應(yīng)用較為廣泛的主要以恒流源驅(qū)動(dòng)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(shuō)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(dòng)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(huì)因電流相差而出現(xiàn)不同。所以，LED驅(qū)動(dòng)電源方面需選擇恒流源驅(qū)動(dòng)。若以電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為依據(jù)，恒流LED驅(qū)動(dòng)電路可具體細(xì)化為電荷泵型、恒流LDO型、電感式開(kāi)關(guān)等三種。根據(jù)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，這三種電源驅(qū)動(dòng)電路在應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)電源型類型中的驅(qū)動(dòng)芯片本身具有較高的轉(zhuǎn)換率，其對(duì)大功率應(yīng)用場(chǎng)合較為適用，LED使用中不會(huì)因芯片產(chǎn)熱過(guò)多而產(chǎn)生明顯的影響。尤其現(xiàn)行LED在實(shí)際應(yīng)用中面臨驅(qū)動(dòng)電流不斷增大的情況，此時(shí)便需考慮到芯片驅(qū)動(dòng)形式的選擇，應(yīng)保證其具有較大的負(fù)載電流，才可使用于汽車中的LED驅(qū)動(dòng)電路發(fā)揮其應(yīng)有的效果。

除此之外，在開(kāi)關(guān)電源型芯片應(yīng)用下，應(yīng)注意選擇相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電源控制模式，常見(jiàn)的模式主要以PFM、PWM與滑模控制等為主。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，能夠適應(yīng)現(xiàn)代LED驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)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(diǎn)的便為PWM控制方式，其電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，加上運(yùn)行中頻率較為固定，所以可運(yùn)用于LED驅(qū)動(dòng)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(jì)的主要方案

芯片系統(tǒng)是LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，本文在設(shè)計(jì)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(jì)的理論基礎(chǔ)主要以電路穩(wěn)定性、斜坡補(bǔ)償以及PWM控制模式為主。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先需做好設(shè)計(jì)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(shí)對(duì)芯片系統(tǒng)功能進(jìn)行明確，這些功能具體體現(xiàn)在：①若LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中存在開(kāi)路、短路等問(wèn)題，可直接通過(guò)打嗝保護(hù)機(jī)制使其得以解決；②工作頻率同步可在多個(gè)芯片間實(shí)現(xiàn)；③REF基準(zhǔn)、VDD電源被提供。根據(jù)該設(shè)計(jì)方案，可完成電路系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)。在整個(gè)電路系統(tǒng)中，由于有外圍功率級(jí)電路的配合，主控制環(huán)路能夠以負(fù)反饋環(huán)路的形式對(duì)輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，生成相應(yīng)的電流定值IREF。同時(shí)，整個(gè)電路系統(tǒng)中，在PWMD處理模塊與HICCUP打嗝保護(hù)模塊的作用下，可使的數(shù)字信號(hào)得到處理，數(shù)字調(diào)光目的由此實(shí)現(xiàn)。

為使系統(tǒng)更具穩(wěn)定性，實(shí)際設(shè)計(jì)中還需考慮到補(bǔ)償器的應(yīng)用問(wèn)題，根據(jù)大多研究理論發(fā)現(xiàn)，在補(bǔ)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(dòng)芯片的性能參數(shù)也是設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的主要問(wèn)題，一般設(shè)計(jì)中多從跨導(dǎo)誤差放大器、電壓基準(zhǔn)以及穩(wěn)壓器等模塊方面進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，可在電路設(shè)計(jì)前對(duì)客戶應(yīng)用需求進(jìn)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(jì)的具體思路

3.1預(yù)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

預(yù)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)主要需考慮使帶隙、電流等基準(zhǔn)電路能夠發(fā)揮應(yīng)有功能。傳統(tǒng)汽車電路設(shè)計(jì)中傾向于以高壓器件為主，其極易出現(xiàn)失配大等問(wèn)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(yùn)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(jì)中可使環(huán)路穩(wěn)定性問(wèn)題得到解決，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，優(yōu)勢(shì)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(wèn)題，輸出電壓便可能發(fā)生改變。通常在電源電壓不會(huì)對(duì)基準(zhǔn)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(zhǔn)電路設(shè)計(jì)

一般用于偏置電流提供的主要為電流基準(zhǔn)，對(duì)這種電流基準(zhǔn)往往可稱為有源負(fù)載。實(shí)際設(shè)計(jì)中可考慮使設(shè)計(jì)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(shí)，整個(gè)電路中也可進(jìn)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(zhǔn)電路設(shè)計(jì)中還需將過(guò)溫保護(hù)電路集成其中，這樣溫度超過(guò)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，將會(huì)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。而從帶隙基準(zhǔn)電路角度看，其能夠?qū)⒖茧妷涸刺峁┙o系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中主要需做好正、負(fù)溫度系數(shù)的控制，并對(duì)電路電阻采取trimming措施，確保工藝偏差對(duì)基準(zhǔn)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(jì)

在誤差跨導(dǎo)放大器設(shè)計(jì)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(guò)COMP輸出接點(diǎn)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(wú)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(yùn)行中將更具穩(wěn)定性。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，誤差跨導(dǎo)放大器輸入對(duì)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(yùn)行要求。另外，在振蕩器設(shè)計(jì)中，其主要負(fù)責(zé)將鋸齒波信號(hào)提供給系統(tǒng)，該信號(hào)能夠用于電感電流疊加、斜坡補(bǔ)償電流等方面，具體設(shè)計(jì)中可考慮將一個(gè)外接電阻設(shè)置在振蕩器中，當(dāng)電阻取值發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率可自動(dòng)調(diào)整。除此之外，LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，打嗝保護(hù)電路、線性穩(wěn)壓電路等也是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，如在打嗝保護(hù)電路方面，其作用在于對(duì)錯(cuò)誤的過(guò)壓保護(hù)信號(hào)、短路保護(hù)信號(hào)等有效處理，且在處理過(guò)程結(jié)束后，電路能夠重新恢復(fù)動(dòng)作。需注意的是無(wú)論對(duì)哪種電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，都要求在設(shè)計(jì)后做好仿真驗(yàn)證工作，使所有構(gòu)件性能參數(shù)滿足LED驅(qū)動(dòng)電路運(yùn)行要求，這樣才可達(dá)到電路設(shè)計(jì)的目標(biāo)[5]。

4　結(jié)論

LED驅(qū)動(dòng)電路是現(xiàn)行汽車電子設(shè)計(jì)中需考慮的主要內(nèi)容。實(shí)際設(shè)計(jì)中贏正確認(rèn)識(shí)LED驅(qū)動(dòng)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(jì)的主要思路，同時(shí)在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)從預(yù)穩(wěn)壓電路、帶隙基準(zhǔn)電路、電流基準(zhǔn)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(hù)電路設(shè)計(jì)更為合理，以此使汽車電子中LED驅(qū)動(dòng)電路性能得到優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]沈亞丹.汽車電子中的LED驅(qū)動(dòng)電路的研究設(shè)計(jì)[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(dòng)電路的設(shè)計(jì)[J].電子制作,2013,22:12.

[3]金紫陽(yáng).汽車電子中的LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)[J].山東工業(yè)技術(shù),2014,16:102.

[4]張興起,任開(kāi)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(dòng)電路的設(shè)計(jì)[J].當(dāng)代汽車,2011,01:102-104.

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