在汽車行業(yè),，HBLED技術(shù)使車輛在造型,、安全、燃油的經(jīng)濟性方面與眾不同,，從簡單的開關(guān)照明,、LCD背光到亮度極高的頭燈應用都包括在內(nèi)。但是,，高效,、可靠地控制HBLED的亮度,，不是一件容易的事情,；功率級效率，熱設計和EMC是涉及HBLED的應用中最關(guān)鍵的設計難題,。 通常情況下,，使用專用恒定電流驅(qū)動器（CCD）來驅(qū)動HBLED串來解決大部分重要設計問題，并簡化設計,。不過,，CCD通常比基于微控制器的解決方案更貴。本文介紹使用8位微控制器（MCU）和低成本的分離解決方案來實施智能HBLED照明控制,，從而避免使用高昂的模擬驅(qū)動或CCD,。
高亮度LED的重要特征
正如在低強度LED中的情況一樣，高亮度LED的發(fā)光強度與通過的電流程成正比,。該電流通常被稱作正向電流（IF）,，在HBLED中的范圍是100mA~1000mA。同時,，每當HBLED進行極化時,，都會出現(xiàn)壓降，稱為正向電壓（VF）,。在HBLED中,，光度和色度與IF成正比，因此對通過HBLED的電流進行精確控制顯得至關(guān)重要,。
具有相同部件號和技術(shù)規(guī)范的HBLED,，不一定擁有完全相同的VF值。當通過兩個HBLED的電流IF相同時,，它們的后向電壓VF可能不同,。 因此,，通過恒定電壓的方式控制LED強度，可能會導致HBLED和HBLED之間的密度不同,，并且要確保所有HBLED具有相同亮度,，則必須提供一個電流控制。
不僅發(fā)光強度與通過HBLED的電流有關(guān),，色度也與HBLED電流有關(guān),。 為了保持HBLED顏色，HBLED必須采用恒定電流進行驅(qū)動,。本解決方案將使用PWM（脈寬調(diào)制）,，從而在HBLED（光照強度）中提供一個更低的平均電流，而同時還能保持相同的瞬時電流（LED顏色）,。
隨著HBLED電流增加,，功耗也將增加。電流為350mA.壓降為3V的HBLED大約會消耗1瓦的電,，如果不進行正確的熱管理,，這種耗散可能會導致HBLED過熱和長期性能下降。熱設計的另一個重要方面是,，HBLED發(fā)光強度與LED結(jié)溫成反比,，隨著溫度增加，發(fā)射器的顏色會進入更高的波長,。
驅(qū)動高亮度LED所面臨的難題
在低強度LED中,，使用電阻來限制IF電流非常普遍。 在HBLED中,，電阻的額定功率必須更高,，這會導致系統(tǒng)效率低下。 因此,，在HBLED系統(tǒng)中,，開關(guān)模式電源（SMPS）被用來提高效率和降低功耗。由于SMPS需要能源存儲組件（電感器和電容器）,，因此價格通常更貴,；同時，SMPS還可能造成噪音或EMI問題,。
一組HBLED可以同時通過并聯(lián)或串聯(lián)方式驅(qū)動,，并聯(lián)驅(qū)動使每個HBLED有不同的光照強度，但如果需要一個控制回路,，每個HBLED會要求一個專用控制,，因此對于大量HBLED來說費用過高。
以并聯(lián)方式連接HBLED時,，每個燈串只需要一個驅(qū)動和控制回路,，穿過串聯(lián)中所有HBLED的電流都相同,，從而為它們提供相對恒定的亮度。根據(jù)串聯(lián)的LED數(shù)量,，線路穿要求的電壓可能低于或高于輸入電壓,。
在汽車行業(yè)，HBLED技術(shù)使車輛在造型,、安全,、燃油的經(jīng)濟性方面與眾不同，從簡單的開關(guān)照明,、LCD背光到亮度極高的頭燈應用都包括在內(nèi),。但是，高效,、可靠地控制HBLED的亮度,，不是一件容易的事情；功率級效率,，熱設計和EMC是涉及HBLED的應用中最關(guān)鍵的設計難題,。 通常情況下，使用專用恒定電流驅(qū)動器（CCD）來驅(qū)動HBLED串來解決大部分重要設計問題,，并簡化設計,。不過，CCD通常比基于微控制器的解決方案更貴,。本文介紹使用8位微控制器（MCU）和低成本的分離解決方案來實施智能HBLED照明控制，從而避免使用高昂的模擬驅(qū)動或CCD,。
高亮度LED的重要特征
正如在低強度LED中的情況一樣,，高亮度LED的發(fā)光強度與通過的電流程成正比。該電流通常被稱作正向電流（IF）,，在HBLED中的范圍是100mA~1000mA,。同時，每當HBLED進行極化時,，都會出現(xiàn)壓降,，稱為正向電壓（VF）。在HBLED中,，光度和色度與IF成正比,，因此對通過HBLED的電流進行精確控制顯得至關(guān)重要。
具有相同部件號和技術(shù)規(guī)范的HBLED,，不一定擁有完全相同的VF值,。當通過兩個HBLED的電流IF相同時，它們的后向電壓VF可能不同,。 因此,，通過恒定電壓的方式控制LED強度,，可能會導致HBLED和HBLED之間的密度不同，并且要確保所有HBLED具有相同亮度,，則必須提供一個電流控制,。
不僅發(fā)光強度與通過HBLED的電流有關(guān)，色度也與HBLED電流有關(guān),。 為了保持HBLED顏色,，HBLED必須采用恒定電流進行驅(qū)動。本解決方案將使用PWM（脈寬調(diào)制）,，從而在HBLED（光照強度）中提供一個更低的平均電流,，而同時還能保持相同的瞬時電流（LED顏色）。
隨著HBLED電流增加,，功耗也將增加,。電流為350mA.壓降為3V的HBLED大約會消耗1瓦的電，如果不進行正確的熱管理,，這種耗散可能會導致HBLED過熱和長期性能下降,。熱設計的另一個重要方面是，HBLED發(fā)光強度與LED結(jié)溫成反比,，隨著溫度增加,，發(fā)射器的顏色會進入更高的波長。
驅(qū)動高亮度LED所面臨的難題
在低強度LED中,，使用電阻來限制IF電流非常普遍,。 在HBLED中，電阻的額定功率必須更高,，這會導致系統(tǒng)效率低下,。 因此，在HBLED系統(tǒng)中,，開關(guān)模式電源（SMPS）被用來提高效率和降低功耗,。由于SMPS需要能源存儲組件（電感器和電容器），因此價格通常更貴,；同時,，SMPS還可能造成噪音或EMI問題。
一組HBLED可以同時通過并聯(lián)或串聯(lián)方式驅(qū)動,，并聯(lián)驅(qū)動使每個HBLED有不同的光照強度,，但如果需要一個控制回路，每個HBLED會要求一個專用控制,，因此對于大量HBLED來說費用過高,。
以并聯(lián)方式連接HBLED時，每個燈串只需要一個驅(qū)動和控制回路,，穿過串聯(lián)中所有HBLED的電流都相同,，從而為它們提供相對恒定的亮度,。根據(jù)串聯(lián)的LED數(shù)量，線路穿要求的電壓可能低于或高于輸入電壓,。
采用基于微控制器的解決方案
市場上有大量用來驅(qū)動HBLED恒定電流的解決方案,，其中一部分基于專用智能模擬驅(qū)動，另一部分使用數(shù)字信號處理器（DSP）或帶獨立模擬驅(qū)動的微控制器,。
基于MCU的解決方案不是執(zhí)行HBLED恒流控制的最好方法,，特別是系統(tǒng)采用分離元件構(gòu)建的開關(guān)式電源時會變得不夠穩(wěn)定，并且不可能通過EMC認證,。 基于S08MP16八位微控制器,，MCU負責測量來自LED燈串的電流饋電，使用PID控制算法進行處理,，從而控制獨立的降壓升壓開關(guān)式電源的操作,，通過HBLED燈串確保最佳電流流量。
該微控制器還負責監(jiān)控用戶輸入,、電池電壓和溫度傳感器,，診斷實時的LED電源供應狀態(tài)，一些特別的通信功能,，如LIN功能也可以在同一個微控制器中實施,。
開關(guān)式電源用來提供到HBLED的電源，它是離散降壓升壓拓撲結(jié)構(gòu),，可以在1到18個LED燈串范圍（0V－5V的連續(xù)范圍）內(nèi)操作,，并且在頻率為350kHz時運行500mA的輸出電流。應用框圖見圖1,。
圖1 開關(guān)式電源應用于HBLED電源
開關(guān)模式電源設計面臨的難題
對于大量HBLED,，需要提供降壓升壓電源，以便感應高于或低于電池電壓（VBAT）的輸出電壓（ VOUT ）,。
現(xiàn)在有許多降壓升壓拓撲可以使用，例如CUK電路或SEPIC轉(zhuǎn)換器,，每個拓撲在要求的元件數(shù)量,、正負電壓基準和效率方面具有不同的要求和各自的優(yōu)勢。
在本設計中選用的開關(guān)模式電源組合了一個降壓轉(zhuǎn)換器和一個升壓轉(zhuǎn)換器,，它們使用共同的電感器和電容器,，將操作模式從降壓變成升壓或從升壓變成降壓需要取決于晶體管Q1和Q2的狀態(tài)，如圖2所示,。
圖2 降壓升壓轉(zhuǎn)換示列
該拓撲結(jié)構(gòu)降低了成本,，不需要額外的電感器和電容器。此外,，根據(jù)開關(guān)模式電源運行的模式,，它的傳遞函數(shù)減少為一個共用降壓或升壓轉(zhuǎn)換器,，從而從控制的角度簡化了設計。
為了控制使用獨立開關(guān)模式電源拓撲的EMC,需要設置緩沖過濾器,，并將它們添加到開關(guān)晶體管Q1和Q2上,；且需要在兩通道間將軟件控制策略設為中心對齊PWM和開/關(guān)時延。
選擇適當?shù)奈⒖刂破饔糜诤懔鱄BLED控制
開關(guān)模式電源（SMPS）要求準確的開關(guān)頻率和占空比,，PWM信號抖動會反映在輸出電壓,，進而反映在HBLED強度中。同時,，為了節(jié)省感應器成本和電容器大小,，必須將開關(guān)頻率提高為數(shù)萬赫茲。模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率和通道可用性,，對于隨時監(jiān)測和控制HBLED電流和電壓也很重要,。
為了實現(xiàn)HBLED恒流控制，S08MP16測量反映在電流檢測電阻里的HBLED燈串電流,，這個電阻與HBLED燈串進行串聯(lián),。 S08MP16嵌入式12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以使用小電阻值,，功耗極小,。此外，通過使用ADC和電阻分壓器,，可以測量過流和過壓情況下的SMPS輸出電壓及診斷開放負荷,。
圖3 嵌入式PID控制框圖
為了控制開關(guān)式電源頻率和占空比，可以使用FlexTimer（FTM）模塊,；在適合汽車版本中使用高達 40MHz的定時器操作頻率,，可以生成高頻率和高分辨率的脈沖寬度調(diào)制（PWM），每個燈串上可與更多HBLED一起操作,，在進行小型操作時不會出現(xiàn)HBLED強度不穩(wěn)定的情況,。此外，可編程時延模塊（PDB）用于在該應用程序中,，可以將ADC讀數(shù)與PWM 切換頻率同步,，從而確保只有在ON（開）狀態(tài)下電流出現(xiàn)穩(wěn)定時才會顯示ADC讀數(shù)。