一種LED汽車前照燈驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)一種高性價(jià)比的LED汽車前燈驅(qū)動(dòng)電路，具有電壓可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。汽車前燈驅(qū)動(dòng)電路主要由EMI濾波電路，調(diào)壓電路，恒壓恒流電路組成。利用軟件進(jìn)行仿真測(cè)試，模擬電網(wǎng)波動(dòng)，測(cè)試設(shè)計(jì)電路的調(diào)壓與恒壓恒流特性。仿真結(jié)果表明，該LED汽車前燈驅(qū)動(dòng)電路達(dá)到了預(yù)期效果。關(guān)鍵詞：LED；汽車前燈；驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)前言：LED具有低功耗、無(wú)污染的特點(diǎn)，是節(jié)約型的綠色光源，是照明領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。LED驅(qū)動(dòng)電路是介于電網(wǎng)電壓與LED之間的電源適配器，需滿足高可靠性、高效率、高功率因數(shù)等特點(diǎn)，還需要對(duì)LED起一定的保護(hù)作］。因此，為充分發(fā)揮LED的優(yōu)勢(shì)，需配備相應(yīng)的恒壓恒流驅(qū)動(dòng)電路。本文設(shè)計(jì)了一種性價(jià)比高的新型LED驅(qū)動(dòng)電路，該電路采用光耦與電壓跌落補(bǔ)償電路保證恒壓恒流特性。此電路還具有電壓可調(diào)的特點(diǎn)，可驅(qū)動(dòng)工作電流在20?40mA的發(fā)光二極管。一、 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇開(kāi)關(guān)型變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為降壓型(Buck)、升壓型(Boost)和升-降壓型(Boostbuck)3種類型。如果電源電壓高于LED輸出電壓和，電路需選用降壓型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；如果電源電壓低于LED輸出電壓和，電路需選用升壓型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。升壓拓?fù)浼纫刂齐娏饔忠刂齐妷海娐废鄬?duì)復(fù)雜些，大電流情況下存在較嚴(yán)重的干擾問(wèn)題。本方案輸入電壓范圍較寬所以選用最穩(wěn)定又最安全的Boost-buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖1所示為典型Boost-buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作原理圖。開(kāi)關(guān)Q1為閉合狀態(tài)時(shí)，電流流過(guò)L1到Q1再到電源負(fù)極Vin-形成通路，電容C1充電;當(dāng)開(kāi)關(guān)為斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，電流經(jīng)過(guò)L2到D1再到負(fù)載Vo+,電容C1放電。典型Boost-buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有：電路可自動(dòng)升降壓,當(dāng)負(fù)載電壓小于電源電壓時(shí)，電路工作在Buck模式；當(dāng)負(fù)載電壓大于電源電壓時(shí)，電路工作在Boost模式；能提供連續(xù)的輸入和輸出電流，更容易滿足EMI要求；開(kāi)關(guān)MOSFET的故障不會(huì)損壞負(fù)載LED。其主要缺點(diǎn)為：轉(zhuǎn)換器較難穩(wěn)定，補(bǔ)償電路復(fù)雜；LC諧振電路不容易受到控制,容易導(dǎo)致電容兩端產(chǎn)生過(guò)高的電壓，從而毀壞電路。圖1Boost-buck拓?fù)涔ぷ髟矶?驅(qū)動(dòng)類型的選擇LED驅(qū)動(dòng)類型大致分為電阻限流、線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)型變換器3類。電阻限流方案適用于低要求應(yīng)用，但不適用于汽車電源較寬的輸入電壓條件，而且大功率LED驅(qū)動(dòng)電流大，會(huì)在電阻上產(chǎn)生大量的熱量，降低效率;線性穩(wěn)壓器是相對(duì)簡(jiǎn)單的方案，但其存在能量損失問(wèn)題和效率問(wèn)題，對(duì)于小電流LED,尤其是串聯(lián)后LED正向壓降稍低于電源電壓的場(chǎng)合,使用線性穩(wěn)壓器方案更為合適；開(kāi)關(guān)型變換器最靈活，效率更高，開(kāi)關(guān)電源通過(guò)控制開(kāi)關(guān),在一個(gè)周期內(nèi)，對(duì)RLC電路充電,在下一個(gè)周期，存儲(chǔ)的能量用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。這類電路效率較高，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器能提供多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這是線性穩(wěn)壓器所不具備的。在衡量工作效率、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，本文電路選用更具優(yōu)勢(shì)的開(kāi)關(guān)型變換器。三、 PWM調(diào)光方式的選擇LED的調(diào)光方式分為模擬調(diào)光和PWM調(diào)光，采用模擬調(diào)光時(shí),LED的驅(qū)動(dòng)電流與其亮度呈線性變化關(guān)系，這種方法會(huì)使LED色坐標(biāo)偏移；PWM調(diào)光是通過(guò)改變脈沖電流占空比的方法來(lái)調(diào)節(jié)LED的亮度，由于每個(gè)脈沖周期內(nèi)的正向電流保持一致因而色坐標(biāo)不會(huì)偏移，另外,PWM恒流輸出可有效緩解負(fù)載散熱的壓力，所以選用PWM調(diào)光方式。圖2為PWM調(diào)光電路，采用NE555芯片設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)0?99%的占空比調(diào)節(jié)。為保證PWM調(diào)光不被人眼察覺(jué),低頻PWM調(diào)光頻率需大于100Hz。頻率上限取決于電路對(duì)負(fù)載切換的瞬態(tài)響應(yīng)速度但過(guò)高的頻率會(huì)增加MOSFET的動(dòng)態(tài)損耗。綜合考慮，取PWM調(diào)光頻率為200Hz。圖2PWM調(diào)光電路四、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)4.1電路組成及指標(biāo)負(fù)載為8顆1W白光LED串聯(lián),由12V汽車電源供電。電路指標(biāo)如下:輸入電壓:9?16V;輸出電壓:最大33V;輸出電流:350mA±5%,輸出電流方式為PWM恒流;具備過(guò)流、過(guò)壓、開(kāi)路、短路保護(hù)和反極性保護(hù)等功能。主芯片AT9933是美國(guó)Supertex公司為L(zhǎng)ED汽車照明設(shè)計(jì)的一款變頻PWM控制器驅(qū)動(dòng)IC,具有0?75V的寬電壓輸入范圍，可在125°C下工作，符合AECQ100標(biāo)準(zhǔn)，使用滯后電流模式控制(HystereticCurrentModeControl)技術(shù)調(diào)節(jié)輸入和輸出電流,能直接承受較高的尖峰電壓而不需要復(fù)雜環(huán)路補(bǔ)償和外部元件，可實(shí)現(xiàn)快速調(diào)光。其自身的特性很好地彌補(bǔ)了Boost-buck開(kāi)關(guān)型變換器的缺點(diǎn)，輸入和輸出電流控制還提供內(nèi)在短路和輸入低壓情況下的保護(hù)。圖3是AT9933的內(nèi)部框圖。VIN腳為輸入電壓端，內(nèi)接線性穩(wěn)壓器(Regulator);VDD腳為穩(wěn)壓輸出端,內(nèi)置7.5V線性電源;CS1、CS2分別是LED輸入電流采樣端和輸出電流采樣端，內(nèi)接輸入、輸出電壓比較器(InputComparator,OutputComparator);GATE腳用于驅(qū)動(dòng)外接MOSFET的柵極，外接充放電電容、電感和續(xù)流二極管;REF腳提供了精確的參考電壓；PWMD腳為調(diào)光接口;GND腳為接地端。圖4所示為基于AT9933的LED驅(qū)動(dòng)電路。其中主芯片AT9933(U1)外置耐壓100V的N溝道開(kāi)關(guān)MOSFET(Q1),外圍連接輸入濾波電容(C2、C3、C4、C6)、輸入電感(L1)、續(xù)流二極管(D4)、充放電電容(C1)、輸出采樣電阻(R8)等，組成Boost-buck電路。圖4基于AT9933的LED驅(qū)動(dòng)電路4.2主要電路參數(shù)計(jì)算4.2.1開(kāi)關(guān)頻率fs的選取當(dāng)輸入電壓最低時(shí),確定開(kāi)關(guān)的最小頻率，使得開(kāi)關(guān)運(yùn)行時(shí)的頻率范圍在300?530kHz之間,這樣更容易滿足汽車EMI要求。4.2.2計(jì)算電路占空比D占空比計(jì)算公式為由式(6)計(jì)算出中心電容C1=0.257"。為防止產(chǎn)生過(guò)多的熱量,中心電容應(yīng)選取低ESR值、高耐壓的陶瓷電容。由于電容兩端最大穩(wěn)態(tài)電壓為44V(28V+16V)，通過(guò)C1的最大瞬時(shí)電壓為70V(28V+42V)，而陶瓷電容可以承受負(fù)載突降電壓的2.5倍，所以選取C1值為0.22rF、耐壓50V、型號(hào)為X7R的陶瓷電容。(6)4.2.7開(kāi)關(guān)MOSFETQ1的選取電容C1兩端的峰值電壓Vc為70V，假設(shè)高于額定電壓的30%用來(lái)計(jì)算漏感峰值電壓，則Q1的最大電壓VFET.max=1.3xVc.max=1.3x70V=91V。輸入電壓最低時(shí)，流過(guò)MOSFET的最大等效直流電流IFET.max=(Iin.max+Io)xDmax=1.77A。一般選取實(shí)際電流的3倍為MOSFET的額定電流,所以選取耐壓100V、最大正向電流4.5A、內(nèi)阻50mW的N溝道MOSFET,型號(hào)為FD3692。4.2.8續(xù)流二極管D4的選取D4的電壓與MOSFET的電壓相同，流過(guò)D4的平均電流等于負(fù)載輸出電流350mA,但流過(guò)D4的實(shí)際電流為1.95A(Iin.max+Io),應(yīng)選擇額定電流至少為1A的二極管，故選擇耐壓值為100V、最大正向電流為2A的肖特基二極管,型號(hào)為B2100-13。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)在室溫20C時(shí)進(jìn)行，圖5所示是輸入電壓分別為9V、12V和16V,無(wú)PWM調(diào)光時(shí)的MOSFET漏極電壓波形圖；圖6是電壓分別為9V、12V和16V時(shí),隨時(shí)間變化的實(shí)測(cè)輸出電流值?？梢钥闯觯S著輸入電壓的升高，開(kāi)關(guān)頻率自動(dòng)升高,輸出電流基本保持在342mA左右不變，電流精度為結(jié)束語(yǔ)：本文設(shè)計(jì)了一種LED汽車前燈驅(qū)動(dòng)電路，此電路不僅具有較好的恒流恒壓特性，還具有輸出電壓可調(diào)的特點(diǎn)，且輸出電壓與輸出電