汽车电子中的LED驱动电路的设计研究

襄阳汽车职业技术学院　程　阳



汽车电子中的LED驱动电路的设计研究

襄阳汽车职业技术学院程阳

【摘要】随着汽车电子产品市场竞争的日益激烈，对其中LED驱动电路的设计也提出更高的要求。从现行汽车设计中LED的应用现状看，其表现出明显的性能稳定、工作电压低以及使用寿命长等优势，但这些优势是否能够充分发挥，关键在于LED驱动电路设计是否合理。对此，本文将对LED驱动电路的相关概述、芯片系统设计思路以及LED芯片模块电路设计的具体路径进行探析。

【关键词】汽车电子；LED驱动电路；芯片；设计

0　前言

作为汽车的“眼睛”，汽车车头灯在功能上应具有多样性特征，确保其能够根据实际驾驶要求提供适当光亮。以现行汽车电子中LED的应用为例，其逐渐取代汽车原有的包括车头灯在内的大部分光源，在优势上出表现为节能降耗外，实用性也较强，如在亮光等级上的自动控制。需注意的是这些优势的发挥，关键在于LED驱动电路的合理设计。因此，本文对LED驱动电路设计分析，具有十分重要的意义。

1　LED驱动电路的相关概述

关于LED驱动电路，若以LED电源类型为基础，可将其细化为恒流、恒压两种驱动类型。现行应用较为广泛的主要以恒流源驱动为主，原因在于LED主要由PN结构成，这样LED两端电压、工作电流都以指数关系形式存在，充分说明在电压变化情况下电流变化将极为明显。假若利用恒压源驱动形式，电流在LED中将存在极大的差异，这样的发光特性也会因电流相差而出现不同。所以，LED驱动电源方面需选择恒流源驱动。若以电路拓扑结构为依据，恒流LED驱动电路可具体细化为电荷泵型、恒流LDO型、电感式开关等三种。根据实践研究发现，这三种电源驱动电路在应用中，开关电源型类型中的驱动芯片本身具有较高的转换率，其对大功率应用场合较为适用，LED使用中不会因芯片产热过多而产生明显的影响。尤其现行LED在实际应用中面临驱动电流不断增大的情况，此时便需考虑到芯片驱动形式的选择，应保证其具有较大的负载电流，才可使用于汽车中的LED驱动电路发挥其应有的效果。

除此之外，在开关电源型芯片应用下，应注意选择相应的开关电源控制模式，常见的模式主要以PFM、PWM与滑模控制等为主。通过比较发现，能够适应现代LED驱动芯片市场需求的控制方式，应具有灵活性、多样性等特征，符合这一特点的便为PWM控制方式，其电路结构较为简单，加上运行中频率较为固定，所以可运用于LED驱动芯片中的模式将以PWM控制模式为主[1]。

2　芯片系统设计的主要方案

芯片系统是LED驱动电路设计的关键所在，本文在设计中主要选择以CSMC 0.18um的BCD芯片为主，其在供电电压上为25V，这种系统设计的理论基础主要以电路稳定性、斜坡补偿以及PWM控制模式为主。系统设计过程中，首先需做好设计方案的确定。方案中主要需将斜坡膜厂模块、PWM控制模式等引入其中。同时对芯片系统功能进行明确，这些功能具体体现在：①若LED驱动系统中存在开路、短路等问题，可直接通过打嗝保护机制使其得以解决；②工作频率同步可在多个芯片间实现；③REF基准、VDD电源被提供。根据该设计方案，可完成电路系统框图的设计。在整个电路系统中，由于有外围功率级电路的配合，主控制环路能够以负反馈环路的形式对输出电流进行调节，生成相应的电流定值IREF。同时，整个电路系统中，在PWMD处理模块与HICCUP打嗝保护模块的作用下，可使的数字信号得到处理，数字调光目的由此实现。

为使系统更具稳定性，实际设计中还需考虑到补偿器的应用问题，根据大多研究理论发现，在补偿器件选取中，应保证器件在任何应用情况下都需保证超出45°的裕度。另外，LED驱动芯片的性能参数也是设计中应考虑的主要问题，一般设计中多从跨导误差放大器、电压基准以及稳压器等模块方面进行参数设计，可在电路设计前对客户应用需求进行调查，完成最终性能参数的确定[2]。

3　LED芯片模块电路设计的具体思路

3.1预稳压电路设计

预稳压电路设计主要需考虑使带隙、电流等基准电路能够发挥应有功能。传统汽车电路设计中倾向于以高压器件为主，其极易出现失配大等问题。因此，应考虑利用预稳压电路使电源电压得到处理，这样低压器件在运行中有相应的电压。需注意的是通常预稳压电路设计中可使环路稳定性问题得到解决，而且结构简单，优势较为明显。但假若有环境噪声、工作温度或供电电压变化问题，输出电压便可能发生改变。通常在电源电压不会对基准模块输出量产生较大影响的情况下，可考虑在供电中利用这种电路[3]。

3.2电流与带隙基准电路设计

一般用于偏置电流提供的主要为电流基准，对这种电流基准往往可称为有源负载。实际设计中可考虑使设计后的电路为正反馈系统，该系统在反馈系数上保持1以内，这样所输出的电流将较为稳定。同时，整个电路中也可进行偏置电压的提供，其目的在于使沟道调制效应产生的影响得以减小。另外，电流基准电路设计中还需将过温保护电路集成其中，这样温度超过设定的标准值时，将会发出相应的信号。而从带隙基准电路角度看，其能够将参考电压源提供给系统。设计中主要需做好正、负温度系数的控制，并对电路电阻采取trimming措施，确保工艺偏差对基准电压的影响得以消除。其中的trimming措施，可考虑以熔trimming为主[4]。

3.3误差跨导放大器与振荡器的设计

在误差跨导放大器设计方面，本文主要考虑将折叠式共源共栅结构引入其中，其通过COMP输出接点外接大电容，但由于该系统在供电电流选择上以VDD18为主的，无法将4层MOSFET管子叠加于同一支路上，这样便要求以3层管子为主，尽管其使直流增益丧失，但系统运行中将更具稳定性。通过研究发现，误差跨导放大器输入对管可选择PMOS管，其可使较低输入共模电压被获取，工模输入情况能够满足放大器稳定运行要求。另外，在振荡器设计中，其主要负责将锯齿波信号提供给系统，该信号能够用于电感电流叠加、斜坡补偿电流等方面，具体设计中可考虑将一个外接电阻设置在振荡器中，当电阻取值发生变化时，系统时钟频率可自动调整。除此之外，LED驱动电路设计中，打嗝保护电路、线性稳压电路等也是设计的重点内容，如在打嗝保护电路方面，其作用在于对错误的过压保护信号、短路保护信号等有效处理，且在处理过程结束后，电路能够重新恢复动作。需注意的是无论对哪种电路进行设计，都要求在设计后做好仿真验证工作，使所有构件性能参数满足LED驱动电路运行要求，这样才可达到电路设计的目标[5]。

4　结论

LED驱动电路是现行汽车电子设计中需考虑的主要内容。实际设计中赢正确认识LED驱动电路的内涵与特征，在此基础上提出芯片系统设计的主要思路，同时在实际设计过程中应从预稳压电路、带隙基准电路、电流基准电路、振荡器以及误差跨导放大器等方面着手，并保证相关的线性稳压电路与打嗝保护电路设计更为合理，以此使汽车电子中LED驱动电路性能得到优化。

参考文献

[1]沈亚丹.汽车电子中的LED驱动电路的研究设计[D].浙江大学,2013.

[2]李轲,刘巍,高松林.汽车电子中的LED驱动电路的设计[J].电子制作,2013,22:12.

[3]金紫阳.汽车电子中的LED驱动电路的设计[J].山东工业技术,2014,16:102.

[4]张兴起,任开春,王永利,何春晗,张小春.浅谈LED在汽车中的应用及其驱动电路的设计[J].当代汽车,2011,01:102-104.

[5]刘益宏,屠大维.LED汽车前照灯驱动电路设计与仿真[J].现代电子技术,2011,06:203-207.