襄陽汽車職業(yè)技術學院 程 陽
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汽車電子中的LED驅動電路的設計研究
襄陽汽車職業(yè)技術學院程陽
【摘要】隨著汽車電子產(chǎn)品市場競爭的日益激烈,對其中LED驅動電路的設計也提出更高的要求。從現(xiàn)行汽車設計中LED的應用現(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,關鍵在于LED驅動電路設計是否合理。對此,本文將對LED驅動電路的相關概述、芯片系統(tǒng)設計思路以及LED芯片模塊電路設計的具體路徑進行探析。
【關鍵詞】汽車電子;LED驅動電路;芯片;設計
作為汽車的“眼睛”,汽車車頭燈在功能上應具有多樣性特征,確保其能夠根據(jù)實際駕駛要求提供適當光亮。以現(xiàn)行汽車電子中LED的應用為例,其逐漸取代汽車原有的包括車頭燈在內的大部分光源,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,關鍵在于LED驅動電路的合理設計。因此,本文對LED驅動電路設計分析,具有十分重要的意義。
關于LED驅動電路,若以LED電源類型為基礎,可將其細化為恒流、恒壓兩種驅動類型。現(xiàn)行應用較為廣泛的主要以恒流源驅動為主,原因在于LED主要由PN結構成,這樣LED兩端電壓、工作電流都以指數(shù)關系形式存在,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驅動電源方面需選擇恒流源驅動。若以電路拓撲結構為依據(jù),恒流LED驅動電路可具體細化為電荷泵型、恒流LDO型、電感式開關等三種。根據(jù)實踐研究發(fā)現(xiàn),這三種電源驅動電路在應用中,開關電源型類型中的驅動芯片本身具有較高的轉換率,其對大功率應用場合較為適用,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在實際應用中面臨驅動電流不斷增大的情況,此時便需考慮到芯片驅動形式的選擇,應保證其具有較大的負載電流,才可使用于汽車中的LED驅動電路發(fā)揮其應有的效果。
除此之外,在開關電源型芯片應用下,應注意選擇相應的開關電源控制模式,常見的模式主要以PFM、PWM與滑??刂频葹橹鳌Mㄟ^比較發(fā)現(xiàn),能夠適應現(xiàn)代LED驅動芯片市場需求的控制方式,應具有靈活性、多樣性等特征,符合這一特點的便為PWM控制方式,其電路結構較為簡單,加上運行中頻率較為固定,所以可運用于LED驅動芯片中的模式將以PWM控制模式為主[1]。
芯片系統(tǒng)是LED驅動電路設計的關鍵所在,本文在設計中主要選擇以CSMC 0.18um的BCD芯片為主,其在供電電壓上為25V,這種系統(tǒng)設計的理論基礎主要以電路穩(wěn)定性、斜坡補償以及PWM控制模式為主。系統(tǒng)設計過程中,首先需做好設計方案的確定。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)該設計方案,可完成電路系統(tǒng)框圖的設計。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節(jié),生成相應的電流定值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)字調光目的由此實現(xiàn)。
為使系統(tǒng)更具穩(wěn)定性,實際設計中還需考慮到補償器的應用問題,根據(jù)大多研究理論發(fā)現(xiàn),在補償器件選取中,應保證器件在任何應用情況下都需保證超出45°的裕度。另外,LED驅動芯片的性能參數(shù)也是設計中應考慮的主要問題,一般設計中多從跨導誤差放大器、電壓基準以及穩(wěn)壓器等模塊方面進行參數(shù)設計,可在電路設計前對客戶應用需求進行調查,完成最終性能參數(shù)的確定[2]。
3.1預穩(wěn)壓電路設計
預穩(wěn)壓電路設計主要需考慮使帶隙、電流等基準電路能夠發(fā)揮應有功能。傳統(tǒng)汽車電路設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,應考慮利用預穩(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的電壓。需注意的是通常預穩(wěn)壓電路設計中可使環(huán)路穩(wěn)定性問題得到解決,而且結構簡單,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。實際設計中可考慮使設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,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制效應產(chǎn)生的影響得以減小。另外,電流基準電路設計中還需將過溫保護電路集成其中,這樣溫度超過設定的標準值時,將會發(fā)出相應的信號。而從帶隙基準電路角度看,其能夠將參考電壓源提供給系統(tǒng)。設計中主要需做好正、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誤差跨導放大器與振蕩器的設計
在誤差跨導放大器設計方面,本文主要考慮將折疊式共源共柵結構引入其中,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,在振蕩器設計中,其主要負責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,具體設計中可考慮將一個外接電阻設置在振蕩器中,當電阻取值發(fā)生變化時,系統(tǒng)時鐘頻率可自動調整。除此之外,LED驅動電路設計中,打嗝保護電路、線性穩(wěn)壓電路等也是設計的重點內容,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,且在處理過程結束后,電路能夠重新恢復動作。需注意的是無論對哪種電路進行設計,都要求在設計后做好仿真驗證工作,使所有構件性能參數(shù)滿足LED驅動電路運行要求,這樣才可達到電路設計的目標[5]。
LED驅動電路是現(xiàn)行汽車電子設計中需考慮的主要內容。實際設計中贏正確認識LED驅動電路的內涵與特征,在此基礎上提出芯片系統(tǒng)設計的主要思路,同時在實際設計過程中應從預穩(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放大器等方面著手,并保證相關的線性穩(wěn)壓電路與打嗝保護電路設計更為合理,以此使汽車電子中LED驅動電路性能得到優(yōu)化。
參考文獻
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[2]李軻,劉巍,高松林.汽車電子中的LED驅動電路的設計[J].電子制作,2013,22:12.
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[4]張興起,任開春,王永利,何春晗,張小春.淺談LED在汽車中的應用及其驅動電路的設計[J].當代汽車,2011,01:102-104.
[5]劉益宏,屠大維.LED汽車前照燈驅動電路設計與仿真[J].現(xiàn)代電子技術,2011,06:203-207.