LED驱动电路在汽车电子中的设计研究

黄云昭

摘 要：LED驱动电路随着现代汽车电子工业的快速发展变得越来越重要。然而部分现代LED驱动电路因其在工作电压和其他功能方面存在某些缺陷不能满足汽车电子市场的需求，此外还有部分LED驱动电路因使用壽命相对较短大大影响了其在汽车设计中的作用。鉴于上述，本文在充分认识LED驱动电路应用理论的基础上提出了一种LED驱动电路具体的设计方案和设计思路。

关键词：汽车电子;LED驱动;电路设计

0 引言

以往的汽车光源系统因技术的不断发展和自身存在的问题逐渐被取代，同时具有实用性和节能性等诸多优点的LED光源技术被广泛应用于汽车电子工业生产过程中。结合LED灯在汽车电子中的具体应用来看，由于LED缺乏合理的驱动电路设计导致其自身优势没有完全实现。因此，加快研究LED驱动电路在电子车辆中的应用设计具有重要意义。

1 LED驱动电路的相关概述及运用

根据具体的LED电源应用可以将LED驱动电路类型细化为恒流控制器和恒压控制器两种类型。目前在我国汽车电子市场中应用最广泛的主要是恒流控制器，恒压控制器相对较少。导致这种情况产生的原因是，LED的P-N型组织结构致使其两端工作电压和工作电流以指数级形势存在，这清楚地表明电流的变化与电压的变化对比较为稳定。若采用恒压控制器则会导致LED的发光特性随着内部的电流变化而产生巨大差异，这种情况导致了光源发射不稳定，因此LED驱动器应该采用恒流控制而不是恒压控制。

恒流LED驱动电路根据电路的拓扑结构可分为以下三种类型，分别是恒流ldo型、电感式开关型以及电荷泵型。根据试验研究发现这三种驱动电路中的电感式开关型的驱动芯片自身转化率较高，其对大功率LED产品的散热等功能不会产生太大影响。具体而言，目前LED技术应用领域日益变多且其在实际应用中的电流通过率不断加大，因此有必要考虑芯片驱动形式的选择来保证驱动电路具有承载较大电流量的能力，只有这样才能使LED技术在汽车电子中的应用能够达到预期的效果。

除上述之外，电感式开关型芯片在应用过程中要注意选择相应的电源开关和功率的控制模式，其中PFM、PWM和滑膜控制在汽车电子芯片控制中代占据了主导地位。通过将其与其他控制方法进行比较发现，这几种控制方式能够满足现代LED驱动芯片的灵活性和多样性等功能需求。PWM控制方式因其结构相对简单且固定的运行频率趋于平稳，因此其被大规模的应用于LED驱动芯片控制中。

2 LED 驱动芯片的发展

2.1 集成化

芯片制造成本及其在实际应用中会受限于芯片封装引脚以及外围的设备数量。因此有必要减少封装引脚的数量来达到降低成本以及提高集成化的目的，当封装引脚数量的减少可以使LED芯片不断地将功率集成到芯片中来，同时芯片制造工艺及其集成效果也随着技术的发展得到了完善和改进。

2.2 高转化率

LED驱动芯片因其具有高效的转换能力特征，其使用过程中可以在减少功耗损失的同时抑制芯片热量的产生。芯片产生的热量会对LED产品的使用效果产生负面影响，因此有必要增加先关的热控制装置来不断提高LED驱动电源的转换效率并保证LED驱动芯片的正常使用。

2.3 高功率

LED驱动芯片为了增加LED产品的优势满足当前汽车电子市场需求，其所需的功率和实际使用中的电流通过率越来越大。例如汽车仪表显示LED灯和汽车内饰氛围灯的驱动电流已经从五年前1000mA提高到了现在的8000-10000mA，因此高功率已经成为了LED驱动芯片发展的必然趋势。

3 汽车电子中 LED 驱动电路的具体设计

3.1 电流基准电路设计

电流基准在相关领域通常被称为有源负载，同时其也是汽车电子LED驱动电路设计时的主要考虑因素。在对电流基准电路进行设计时因考虑到输出电流的稳定性等问题所以采用正反馈形式，这种形式可以为电流安全稳定的输出提供保障。电流基准电路在设计过程中还需要设计超温保护系统，该系统在温度过高时具有发出预警信号等功能。此外整体设计中还对带隙基准电路的设计提出了更严格的要求，例如调整电路电阻以控制基准电路工作过程中出现的偏差。

3.2 预稳压电路设计

预稳电路的设计主要要求带隙基准电路和电流基准电路等可以进行正常工作并发挥实际效果。传统汽车电路设计因以高压设备为主导致其出现配合失误充等问题。因此有必要使用预稳电路来处理汽车电子设备的电源电压，并是汽车电子设备实际使用过程中的输出电压趋于稳定。值得注意的是，环路的稳定性问题通常因预稳电路结构简单的优势来解决的，但是环境噪声、工作温度偏高或电压变化过大等问题也可能会使输出电压发生变化，一般来说这种情况对电路的设计没有显著影响。

3.3 误差跨导放大器与振荡器的设计

误差跨导放大器的设计应以共源共栅折叠结构为主，在其实际应用过程中很难叠加四层MOSFET管，因此在汽车电子的应用中通常只叠加三层，这在降低直流增益问题的同时使系统稳定运行。振荡器的主要功能是将锯齿波信号引入系统，其在吻合电感电流叠加要求的同时完成了斜坡电流补偿。此外LED驱动电路的设计需要考虑到汽车电子的复杂性，其他电路保护设计等重要问题也必须仔细考虑研究，例如线性稳压电路的合理设计可以对短路进行保护，进而保证汽车电子系统的运行稳定性。整体设计工作结束后还要通过仿真验证来检测驱动电路工作时的各个参数是否正常，以改善汽车电子中的LED驱动电路设计水平。

4 结语

LED驱动的电路是当前汽车电子设计中需要考虑的主要元素。实际设计中应根据汽车电子LED驱动电路的特点从电流基准电路和预稳压电路以及误差跨导放大器与振荡器等方面着手进行设计。在确保驱动系统稳定运行的同时优化汽车电子LED的性能。

参考文献：

[1]范学仕，邢向明.一种LED驱动芯片开路检测电路设计与实现[J]. 半导体技术，2019（08）.

[2]唐俊龙，罗磊，周斌腾，et al.一种高精度高转换效率的LED驱动电路[J].半导体技术，2019（06）.