汽车LED照明的SEPIC恒流器与开关恒流器

2017-03-16 67 0

发光二极管(LED)照明为造型创新、舒适性与用户定制开辟了新的空间,这些设计机遇正迅速提升 LED 在车内的应用程度。将 LED 用于车内、车前与车尾照明时,有若干方法与设计技术可供选择。

对车用 LED 而言,相对抗振、寿命长、高能效及可对光源进行精细控制等特性是关键因素。与白炽灯泡相比,LED 对机械振动不敏感,但需要驱动电路。一般汽车电气供电系统以铅酸电池为电源,电池由引擎通过机械方式驱动的交流发电机/稳压器充电,这种系统适合老式白炽灯泡,却不适合 LED。为使 LED 达到最佳性能,需一个精准恒流的电流源。驱动 LED 须控制电流而与电压无关,因为光输出基本取决于电流而非电压;理论上每个电子都转换为光子,其中固定比例的光子逃逸出 LED 成为可见光。若电压恒定,仅用一个电阻即可实现一个质量不高的方案。应指出,当 LED 与电阻简单串联时,LED 本身在一定程度上是自调节的:温度升高时 LED 效率和亮度降低且正向压降减小,减小的正向压降又使电流增加,从而些许弥补因温升造成的亮度下降。只要电池电压恒定,串联电阻方案足以满足计算机和仪器仪表应用的要求。但汽车行业强制要求设备能满足电池电压在 8 V~18 V 间变化,并要容忍 80 V 峰值;另外高亮 LED 会在电阻上产生大量热,使热设计更困难。

一个较好但并非最佳的替代方案,是采用 DC-DC 电压转换器生成合适的稳定电压,再与一个电阻结合。若已有为计算机或其他电子设备供电的 DC-DC 转换器,则该方案可行,这也可能是驱动 LED 最常用的方法。但更优的方案是采用工作时与电压无关的恒流器驱动 LED。能量消耗与能量转换分别是两种基本的恒流器类型:线性降压恒流器是能量消耗型恒流器的一个例子,对给定电流而言,恒流器两端压降所代表的能耗被消耗掉;能量转换型恒流器则试图把不同电平间的能量差储存起来。描述能量转换所用方程是热力学基本定律之一:输入功率=输出功率,用功率 W=V·I 替换,即 Vin·Iin=Vout·Iout+(100%-效率)W 发热。若将 LED 的正向电压作为 Vout、所需电流作为 Iout,即得描述 LED 驱动器的一般方程。

耗能的 LED 驱动器:用分立器件搭建线性恒流器相对简单,图 1 即为一款分立器件恒流器。D1 应为齐纳二极管或电压基准,电流由方程 ILED=VD1/RSET 确定;D2 提供对晶体管基极二极管的简单温度补偿。

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