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汽車應(yīng)用中高亮度LED驅(qū)動電路

發(fā)布時間:2009-07-03 來源:綜合電子論壇

中心議題:
  • 汽車LED照明驅(qū)動電路
  • 使用開關(guān)電源驅(qū)動LED的保留措施
解決方案:
  • 降低開關(guān)電源工作頻率
  • 開關(guān)晶體管放置在電路板的中心區(qū)域
  • 使用快速恢復(fù)二極管
  • LED區(qū)不要形成電流環(huán)路
  • 縮短電纜和印制電路板上走線
近年來,高亮度LED應(yīng)用發(fā)展神速,特別是在指示牌、交通信號燈方面。而對汽車應(yīng)用來說,LED亦有極大的吸引力,長壽命、抗震、高效、對光源良好的控制能力,都是它的優(yōu)勢。當(dāng)然,相對于白熾燈,LED需要驅(qū)動電路,還有汽車電氣是靠酸鉛蓄電池供電的,是機械驅(qū)動的交流發(fā)電機充電,這類電池適合白熾燈,不適用LED,因此,設(shè)計一種穩(wěn)壓性能良好而又低噪聲的驅(qū)動電路是十分必要的。

理論上,LED光輸出與驅(qū)動電流有關(guān),而與電源電壓無關(guān)。最對低要求應(yīng)用,如果電源電壓穩(wěn)定的話,一個電阻就可限制電流。值得注意的是,對這種最簡單的應(yīng)用電路,LED在一定程度上顯示出自穩(wěn)定特性。亦即,若溫度升高的話,LED的光輸出減少,但同時其正向壓降亦降低,使驅(qū)動電流增加,從而補償了較高溫度下光輸出的減少。

遺憾的是,汽車電源的變化范圍是很大的,在8V-18V之間,峰值電壓可達(dá)幾十伏。此外,高亮度LED驅(qū)動電流大,會在電阻上產(chǎn)生大量的熱量,使散熱設(shè)計復(fù)雜化。

相對簡單的方案是使用線性降壓穩(wěn)壓器(圖1),D1是一個穩(wěn)壓二極管,通過LED的電流設(shè)定為VD1/RSET。D2對基極二極管進(jìn)行濕度補償。這個電路仍然存在能量損失問題和電阻散熱問題。對于低電流LED,尤其是串聯(lián)后的LED正向壓降和稍低于電源電壓的場合,這個電路不失為經(jīng)濟有效的方案。
           
                                                       圖1簡單穩(wěn)流電路
在多數(shù)場合,開關(guān)電源提供一種更佳的電氣解決方案。顧名思義,開關(guān)電源是開關(guān)工作的,在一個周期,對RLC電路充電;在下一個周期,存儲的能量用來驅(qū)動負(fù)載。這類電路效率極高,一般都能達(dá)到90%以上,開關(guān)穩(wěn)壓器能提升電壓,降低電壓,還能產(chǎn)生極性相反的電壓,這是線性穩(wěn)壓器所不具備的。

最簡單的開關(guān)穩(wěn)壓器是圖2所示的降壓穩(wěn)壓器,輸入電壓與LED電壓之間的壓差對電感L充電,電流隨之增加,當(dāng)電流達(dá)到預(yù)設(shè)的值時,控制電路將串聯(lián)的晶體管關(guān)閉,在LED通路形成一個交變電流。注意,在LED驅(qū)動應(yīng)用中,開關(guān)穩(wěn)壓電路控制電流的峰值。

這個值由可編程IC或外部元件來設(shè)定。電流值也由FET開關(guān)漏極上檢測電阻來定義。降壓穩(wěn)壓器流過LED的電流是連續(xù)的,但是交變的,而對電源而言是不連續(xù)的,這對電源工作會產(chǎn)生一定的影響,也增加了電源線上的噪聲。
                   
                                                                      圖2降壓型開關(guān)穩(wěn)流電路
如果電源電壓低于所有LED串聯(lián)電壓和,就要選用升壓穩(wěn)壓器。升壓穩(wěn)壓器(圖3)既要控制電流,又要控制電壓,電路相對復(fù)雜些。升壓穩(wěn)壓器在大電流情況下同樣存在嚴(yán)重的干擾問題。因而最穩(wěn)定又最安全的LED驅(qū)動器可采用升壓與降壓相結(jié)合的形式。一個升壓穩(wěn)壓器可驅(qū)動幾個并聯(lián)的降壓穩(wěn)壓器。這樣,面對電源的是性能良好的升壓穩(wěn)壓器,而在負(fù)載端則是高電流輸出的降壓穩(wěn)壓器。
                  
                                                                      圖3升壓型開關(guān)穩(wěn)流電路
所有開關(guān)電源都會產(chǎn)生噪聲,電壓型穩(wěn)壓器可以提高工作頻率,在輸出端用大電容來濾波,LED電源是穩(wěn)流型的,降低噪聲就得采取如下措施:

  •降低工作頻率。
  •開關(guān)晶體管應(yīng)用放置在電路板的中心區(qū)域。
  •快速恢復(fù)二極管。
  •LED區(qū)不要形成電流環(huán)路。
  •縮短電纜和印制電路板上走線。

除了上述措施,新的方案也有助降低驅(qū)動電源的噪聲。Melexis公司的MLX10801和MLX10803LED驅(qū)動器采用偽隨機開關(guān)頻率發(fā)生器來降低電氣噪聲。圖4是低噪聲應(yīng)用的電路實例,它符合CISPR25的5級標(biāo)準(zhǔn),這里CISPR是國際無線電干擾特別委員法文的縮寫。工作電感L1應(yīng)根據(jù)開關(guān)頻率和LED電流來確定。為了方便用戶設(shè)計,公司還提供了一個軟件和Excel表格,用來選取ROSC、RSET和RSENSE。

             
                                                                   圖4MLX10803應(yīng)用實例
對圖4電路,開關(guān)頻率應(yīng)低于150KHz,若LED電流在0.5-1A之間,L1與L2為100?H。噪聲是寬帶的,因而濾波電容采用大、小相結(jié)合的方案。二極管D1是高頻噪聲的主要來源,應(yīng)仔細(xì)選擇,在電源電壓低于100V時,可使用肖特基二級管。

GaAs與GaAsPLED的光輸出強度與結(jié)溫密切相關(guān),例如LED在25℃輸出100%的話,在80℃時只有80%。驅(qū)動器設(shè)置了溫度斜度補償電路,實際上一個PTC或NTC電阻便可解決問題,利用PTC的溫度系數(shù)來平衡LED的光輸出。為了保護(hù)LED,在溫度高于80℃,可以在器件的輸入端增加一個NTC電阻。

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