LED在汽車電子設(shè)計優(yōu)缺點及解決方法(2)

　　2.2 LED 顯著的照明優(yōu)勢

　　LED 被稱為新光源，原因在于LED 具備點光源與固態(tài)光源的特性，因此具有其它照明光源無法比擬的優(yōu)點。

　?。?）LED 壽命理論上可達10 萬小時， 實際壽命也可達到2 萬小時以上，比一般白炙燈泡的1 000 小時、日光燈具的1 萬小時更具優(yōu)勢，在汽車使用壽命期間一般無須更換。

　　（2）點亮無延遲，響應(yīng)時間更快。LED 的啟動時間僅為幾十納秒，啟動時間較白熾燈泡大大縮短。

　?。?）在光線亮度高、自然光線可見度低的情況下，大大降低汽車事故發(fā)生率；基本上無輻射，屬于“綠色光源”。

　?。?）LED 占用體積小， 結(jié)構(gòu)簡單，高耐震，設(shè)計者可以隨意變換燈具模式，令汽車造型多樣化，滿足不同消費者需求。

　?。?）LED 光源受電壓變化的影響遠遠小于白熾燈泡，顯示了卓越的安全性和可靠性，同時消耗的能量較同光效的白熾燈減少80%，非常節(jié)能。

　　基于上述優(yōu)勢，LED 可以在汽車照明中廣泛應(yīng)用，但單個LED 無法滿足汽車照明強度的要求，必須多個串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)成LED 陣列使用，如圖1 所示。

　　圖1 LED 組合成的照明光源

　　2.3 LED 驅(qū)動的設(shè)計及特點

　　LED 驅(qū)動方式可采用電阻限流、線性穩(wěn)壓器和開關(guān)型變換器3 類。電阻限流方案適用于效率低的應(yīng)用場合，所以對效率要求極高，輸入電壓范圍寬的汽車照明上不采用此方法；線性穩(wěn)壓器適應(yīng)于低電流或LED 正向壓降稍低于電源電壓的場合，但同樣存在效率和輸入電壓范圍小的問題；開關(guān)型變換器具有電路拓撲靈活、效率高和輸入電壓寬的特性。因此，綜合考慮工作效率、安裝尺寸、靜態(tài)電流、工作電壓、噪聲和輸出調(diào)節(jié)等因素后，驅(qū)動電路多采用開關(guān)型變換器。開關(guān)變換器拓撲結(jié)構(gòu)分為Buck、Boost 及Buck-Boos 等方式。目前來看，LED 應(yīng)用在汽車照明上，其驅(qū)動電源必然是鉛酸蓄電池。

　　因為蓄電池的輸入電壓范圍會與正常的范圍有很大的出入，因此驅(qū)動電路一般用Buck-Boost 拓撲結(jié)構(gòu)滿足LED陣列對電壓要求。此電路拓撲結(jié)構(gòu)直流增益 （輸出電壓與輸入電壓之比）與占空比D（一個開關(guān)周期內(nèi)，開通時間與周期的比值）有關(guān)。當(dāng)電池電壓低于LED 所需電壓時，調(diào)節(jié)D ＞ 0.5，使電路處于升壓狀態(tài)；當(dāng)電池電壓高于LED 所需電壓時，調(diào)節(jié)D ＜ 0.5，使電路處于降壓狀態(tài)。LED 是電流控制的電流型元件，亮度與流過的電流成正比。如果LED 不是恒流驅(qū)動，通過的電流波動時，即使電壓恒定也會造成LED 的亮度變化。為保證亮度穩(wěn)定可靠，LED 需要恒定的電流來驅(qū)動，而且還需要在任何情況下都能將紋波電流控制在可接受的水平。所以，LED 驅(qū)動電路的輸出必須是恒流輸出而非恒壓輸出。

　　可以設(shè)計LED 驅(qū)動電路原理圖如圖2 所示。

　　圖2 LED 驅(qū)動原理圖

　　圖2 可知，Buck-Boost 電路將蓄電池電能變換后對LED 陣列供電，采樣電路對流過LED 的電流采樣，將信號傳到控制電路。控制電路分析采樣信息，調(diào)節(jié)Buck-Boost 電路中開關(guān)管的占空比，保證通過LED 電流恒定；當(dāng)電路出現(xiàn)異常時，通過控制保護電路切斷電源，保證LED 不受損害。一般情況下，LED 驅(qū)動電路必須滿足下列要求：

　?。?）升降壓功能。當(dāng)輸入電壓或LED 本身壓降波動時，調(diào)節(jié)輸出電壓，滿足輸出電流恒定的要求，保證LED 發(fā)光穩(wěn)定可靠。

　?。?）高功率轉(zhuǎn)換效率。以降低驅(qū)動損耗，節(jié)省成本，同時減少蓄電池充電次數(shù)，延長電池使用壽命。

　　（3）亮度調(diào)節(jié)功能。周圍環(huán)境很暗時，信號燈往往不需最大電流驅(qū)動，此時可控制驅(qū)動電流而改變LED的亮度，進而降低LED 的耗電量。調(diào)節(jié)驅(qū)動電流常用的方法是利用PWM 信號控制。

　　（4）具有完善的保護電路。應(yīng)設(shè)置各種保護措施，用以保護自身和LED 可靠工作。例如，低壓鎖存、過壓保護、過熱保護、輸出開路或短路保護等。

　　（5）良好的散熱功能。由LED 的熱學(xué)特性可知，溫度是影響LED 工作的重要因素之一。在夜晚行車時，LED 處于長時間點亮狀態(tài)，因此，必須有良好的散熱功能，保證LED 的壽命及工作可靠。