關(guān)于車載照明系統(tǒng)中LED技術(shù)及其驅(qū)動(dòng)分析和應(yīng)用

過(guò)去，常見的車用主流照明燈具大都是鹵素?zé)?。近年?a target="_blank">LED作為新型照明光源具備優(yōu)良性能，同時(shí)由于尺寸較小，便于自由組合，可以利用LED形成不同的形狀和線條組合，以提升整體造型、增加舒適性。整車LED的應(yīng)用正在迅猛增長(zhǎng)，主要包括前照大燈，日行燈，轉(zhuǎn)向燈，尾燈，內(nèi)飾燈，閱讀燈，氛圍燈以及柵格燈等，LED正使用朝著普及化的方向發(fā)展。

以下就汽車應(yīng)用中的LED燈珠及LED驅(qū)動(dòng)芯片做基礎(chǔ)介紹。

1．為什么使用LED作為光源？

主要原因：光效高，壽命長(zhǎng)，響應(yīng)速度快，體積小。

眾所周知，LED有以下優(yōu)勢(shì)：

光效高：LED光效是鹵素?zé)舻?倍以上，體現(xiàn)在前大燈照明中即節(jié)能高效。

光效：光源所發(fā)出的總光通量(流明lm)與該光源所消耗的電功率（瓦W）的比值。

LED:70-150 lm/W

鹵素?zé)簦?0-20 lm/W

壽命長(zhǎng)：與鹵素?zé)粝啾?，LED具有較長(zhǎng)的使用壽命，適合汽車高可靠性的要求。

LED:壽命可達(dá)50000小時(shí)以上。

制成車燈后， 壽命約在20000小時(shí)左右 ，可以覆蓋汽車正常生命周期。

鹵素?zé)簦簤勖s500-1200小時(shí)，在車燈系統(tǒng)中，3-5年需要更換一次。

響應(yīng)速度快：LED響應(yīng)時(shí)間在納秒級(jí)左右，與鹵素尾燈0.2-0.5秒響應(yīng)時(shí)間相比，當(dāng)LED作為剎車燈使用時(shí)，當(dāng)車速在100公里時(shí)，意味著可減少5米以上的剎車距離。

LED：10-100納秒

鹵素?zé)簦?.2-0.5秒

體積?。涸煨驮O(shè)計(jì)多變靈活，增加各種應(yīng)用的可能性，并適合電子模塊小型化需求。

基于LED上述特點(diǎn)和價(jià)格的日益親民化，使得LED在汽車中的內(nèi)外燈應(yīng)用呈燎原之勢(shì)。

2．LED的特性有哪些？以及應(yīng)該如何使用LED？

LED 伏安特性

與二極管伏安特性有相似之處，但通常曲線較陡。例如LED燈珠的伏安特性如圖1所示。LED上的正向壓降和通過(guò)LED的電流大小正相關(guān)。

圖1. LED 伏安特性

由伏安特性圖可以看出，如果以輸出電壓2.15伏，輸出電流140mA為例，當(dāng)施加在燈珠上的電壓變化范圍從1.9伏變化到2.2伏之間，即在-12%和+3%之間變化時(shí)，引起的電流變化是從40mA到160mA ，即-72%到+15%。這種特性就決定了，如果使用恒壓方式供電時(shí)，即使電壓的微小波動(dòng)，也會(huì)造成輸出電流的劇烈變化。

LED 伏安溫度特性

LED 伏安特性是隨溫度變化，當(dāng)LED在工作時(shí)，隨著結(jié)溫升高，正向電壓會(huì)降低，隨著結(jié)溫下降，正向電壓會(huì)升高。在汽車應(yīng)用中環(huán)境溫度變化從零下40度到零上85度。以25度，2.15伏正向電壓為例，正向電壓會(huì)在+9%至-6%之間變化，如圖2所示。所以即使是確定的一串LED燈珠，其正向電壓也是跟隨溫度變化的。

圖2 LED伏安溫度特性曲線

光強(qiáng)與結(jié)溫關(guān)系

在不同溫度下光強(qiáng)變化也相對(duì)劇烈。隨著燈珠結(jié)溫升高時(shí)，輸出光強(qiáng)會(huì)下降。

以圖3為例，當(dāng)結(jié)溫升至90度時(shí)，輸出的光強(qiáng)已經(jīng)下降到結(jié)溫25度時(shí)的60%。

由此可看出，當(dāng)結(jié)溫升高到90度時(shí)，與25度相比，LED燈珠上消耗功率降低了6%時(shí)，光強(qiáng)已經(jīng)下降了40%。

圖3 不同結(jié)溫的光強(qiáng)與25度結(jié)溫光強(qiáng)相對(duì)值

LED發(fā)熱特性：自身發(fā)熱量大。

原因：LED消耗的電能中只有一小部分，大約20%左右轉(zhuǎn)化為光能，其余部分都轉(zhuǎn)化成熱能，這些熱能需要散熱設(shè)計(jì)支持，保證LED可以持續(xù)正常工作。

LED燈珠的光電特性，壽命等均與結(jié)溫密切相關(guān)。以汽車級(jí)LED燈珠為例， LED最高持續(xù)工作結(jié)溫一般在100度到150度，當(dāng)超過(guò)這個(gè)溫度時(shí)，就會(huì)造成對(duì)LED的損壞。

所以在LED模塊設(shè)計(jì)中，散熱和溫度監(jiān)測(cè)是需要重點(diǎn)考慮的環(huán)節(jié)。

在車燈較高功率應(yīng)用中，PTC（正溫度系數(shù)熱敏電阻） 和NTC（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）會(huì)常被用來(lái)的方式來(lái)檢測(cè)LED溫度。溫度超過(guò)限值時(shí)，采取相應(yīng)措施限制輸出電流，達(dá)到保護(hù)燈珠的目的。

總結(jié) ：由LED以上特點(diǎn)分析可知， 使用恒流源是驅(qū)動(dòng)LED最佳方式。

3．常用LED驅(qū)動(dòng)方式：

（1）使用串聯(lián)電阻直接驅(qū)動(dòng)：兼容LED和燈泡兩種負(fù)載方式。

由于電流尖峰的存在，會(huì)影響LED壽命，為了延長(zhǎng)LED壽命，需要降額使用LED。

由于串聯(lián)的電阻的封裝所限，適合用于小功率場(chǎng)合。

（2）線性電流源驅(qū)動(dòng)：屬于恒流驅(qū)動(dòng)，支持模擬和數(shù)字調(diào)光，帶診斷保護(hù)功能，支持N-1功能（相同功能組中如一路出錯(cuò)，功能組中其他路一起熄滅,也寫作1 off all off）。這種方案一般適合尾燈等小電流應(yīng)用場(chǎng)合。線性電流源只能支持降壓，相對(duì)開關(guān)型器件效率低，適合功率較小的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。

（3）開關(guān)電源恒流源驅(qū)動(dòng)：恒流驅(qū)動(dòng)，支持模擬和數(shù)字調(diào)光，帶診斷保護(hù)功能。支持升壓，降壓，升降壓多種拓?fù)?。效率高，適合高功率場(chǎng)合。與線性電流源相比 ，需要更多外圍器件，并且器件選型時(shí)需要考量EMC實(shí)驗(yàn)要求。

（4）開關(guān)電源恒壓+線性恒流源驅(qū)動(dòng)：特點(diǎn)與（3）相似，但是適合較多通道，且總功率較高，模塊小型化的場(chǎng)合。

作為開關(guān)電源恒壓和線性恒流源驅(qū)動(dòng)組合的實(shí)際案例，以英飛凌TLD5097EL +Basic 系列為例，（線性電流源家族TLD1120EL等）來(lái)驅(qū)動(dòng)LED+OLED組合尾燈。

部分的系統(tǒng)框圖如下所示

以上四種方式，是汽車中常用的LED驅(qū)動(dòng)方式。需要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和OEM具體需求和相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)去選擇。