引 言

　　相對于傳統(tǒng)的鹵素低壓照明模式，采用高亮度LED作為汽車照明系統(tǒng)的照明設(shè)備可帶來諸多好處。高亮度LED能以相對較小的功率消耗來提供更高的亮度，并能通過簡單的電流控制來獲得很寬的調(diào)光范圍，而其低成本、低功耗、快速接通時(shí)間、長壽命、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、外圍電路簡單、受振動(dòng)影響小等特點(diǎn)更可帶來絕對的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。高亮度LED照明也給汽車電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和制造商帶來了全新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

　　為確保高亮度LED最佳的性能和長久的工作壽命，需要搭建有效的驅(qū)動(dòng)電路。針對汽車照明系統(tǒng)中要求控制簡單、節(jié)能環(huán)保、高效安全等特點(diǎn)，筆者采用凌力爾特公司的4通道LED驅(qū)動(dòng)器LT3476來驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED發(fā)光，使用Microchip公司的8位單片機(jī)PIC16F873A輸出不同占空比的PWM脈沖來動(dòng)態(tài)控制其發(fā)光強(qiáng)度，并使用熱敏電阻搭建反饋回路進(jìn)行自熱管理，同時(shí)采用光敏電阻進(jìn)行亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 汽車高亮度LED照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

　　在汽車照明系統(tǒng)中，LED驅(qū)動(dòng)電路必須能夠從相當(dāng)苛刻的汽車電源總線中獲取工作電源，同時(shí)兼顧應(yīng)用成本和空間效益。在實(shí)際應(yīng)用中，為獲取所需亮度的照明光源，需采取多個(gè)LED串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)混合的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為保證LED的使用壽命，需根據(jù)LED陣列結(jié)構(gòu)及LED的正向電壓降(VF)和驅(qū)動(dòng)電流(IF)來設(shè)計(jì)合法的電路。表1列舉了一個(gè)典型的高電流白光LED的正向電壓降與驅(qū)動(dòng)電流之間的關(guān)系。

　　汽車電源總線提供標(biāo)稱值為12 V的電源，由表1可以看出，根據(jù)不同應(yīng)用而導(dǎo)致的LED顏色和亮度差異，其允許的電壓范圍為2.68～4.88 V。若采用單個(gè)至3個(gè)LED組成(串聯(lián))LED陣列，則需使用降壓型LED驅(qū)動(dòng)器將汽車總線電源電壓降至一個(gè)比較合適的范圍。同樣，在諸如汽車頭燈、轉(zhuǎn)向燈等需多個(gè)(8個(gè)以上)LED串聯(lián)組成陣列使用的應(yīng)用場合，需采用升壓型LED驅(qū)動(dòng)器將輸出電壓調(diào)整至比較合適的范圍。在汽車照明系統(tǒng)中，一般只需輸出光通量范圍為150～800 lm。本設(shè)計(jì)采用Cree公司的XLamp XR-E LED，其理論上可達(dá)到100 lm/W的發(fā)光效率，考慮到終端用戶不同的照明亮度需求，使用單通道多LED串聯(lián)、多通道并聯(lián)的組合LED陣列結(jié)構(gòu)。

　　汽車照明系統(tǒng)中要求進(jìn)行設(shè)備的調(diào)光控制，需要所選LED驅(qū)動(dòng)器提供方便的調(diào)節(jié)輸出電流來控制LED亮度的方案。通常情況下，可采用外部SET電阻、線性調(diào)節(jié)和PWM調(diào)節(jié)等技術(shù)來控制LED的亮度，上述方法各有利弊。在LED驅(qū)動(dòng)器外部使用SET電阻的方式缺乏靈活性，無法讓用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。線性調(diào)節(jié)可動(dòng)態(tài)控制LED的亮度，但會(huì)降低LED的效率，并引起白光LED朝向黃色光譜的色彩偏移。相比較而言，PWM調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)勢十分明顯，當(dāng)PWM脈沖為有效高電平或低電平時(shí)， LED輸入電流分別為最大或0，其導(dǎo)通時(shí)間受控于PWM引腳輸入脈沖的占空比。由于LED始終工作于相同的電流條件下，通過施加一個(gè)PWM信號(hào)來控制LED亮度的做法，可以在不改變彩色的情況下實(shí)現(xiàn)對LED亮度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

　　在照明系統(tǒng)中使用高亮度LED的優(yōu)勢在于：輸入電流變化較大(25%以內(nèi))時(shí)，人眼無法察覺到亮度變化，但均普遍存在LED的自熱問題，需添加額外的熱管理單元，主要用于在溫度增加時(shí)反饋電壓信號(hào)至MCU控制單元，改變MCU輸出PWM脈沖信號(hào)的占空比來降低LED的亮度，從而減少LED的輻射熱。實(shí)際應(yīng)用中，汽車照明系統(tǒng)應(yīng)能感應(yīng)環(huán)境的光強(qiáng)，并據(jù)此自動(dòng)改變LED陣列的輸出光通量，達(dá)到節(jié)能減耗的目的。