LED是一種高效環(huán)保的新型半導(dǎo)體光源，有其它光源無法比擬的優(yōu)勢,。在未來汽車照明應(yīng)用中前景光明,。LED 可以用串聯(lián)、并聯(lián)等不同的方式組合成LED 陣列,，以滿足汽車照明強(qiáng)度的要求,。針對LED 的發(fā)光特性,，重點(diǎn)討論了LED 驅(qū)動的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)，同時(shí)簡述了LED 目前存在的問題及解決方法,。
1 汽車車燈作用及要求
目前,，汽車日趨平民化，已成為主要交通工具,，行車安全引起了社會廣泛的關(guān)注,。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，汽車在夜晚或自然光線不足的情況下行駛的里程占總行駛里程的25%,，而在此間發(fā)生的交通事故占到總事故的40%,，并且一半以上的傷亡事故發(fā)生在夜間。因此,，車外照明燈及信號燈是汽車安全行駛的關(guān)鍵部件,，必須滿足下列條件：
（1）汽車照明燈點(diǎn)亮無延遲，響應(yīng)時(shí)間更快,，給駕駛員更多的反應(yīng)時(shí)間,。
（2）照明亮度強(qiáng)，在夜間或自然光線不足的情況下提高駕駛員的視野,，同時(shí)使車外信號燈的指示作用更強(qiáng),。
（3）高耐震，工作可靠性高,，避免因照明故障引起的意外事故,。
（4）節(jié)能，能夠有效減少廢氣的排放量,，保護(hù)環(huán)境,。
（5）基于汽車銷售競爭日益激烈，車燈設(shè)計(jì)要實(shí)用和美觀,。
2 LED 成為汽車照明選材中的新星
2.1 LED 的工作原理
LED 是特殊的二極管,，是一種通過摻雜等手段形成PN 結(jié)的半導(dǎo)體器件。當(dāng)滿足二極管導(dǎo)通條件時(shí),，電流流過LED,，以光和熱的形式釋放出能量。LED 是電流控制的電流型元件,，其發(fā)光強(qiáng)度主要依據(jù)通過的電流大小,，正向?qū)〞r(shí)，其壓降非常高,，而且本身具有一定的波動范圍,。
由于LED 沒有紅外線及紫外線的輻射，其消耗的能量除轉(zhuǎn)換為光能外，幾乎都是熱能,，且只能以熱傳導(dǎo)的形式傳出,，因此，LED 在工作時(shí),，結(jié)溫會逐漸升高,。而LED 是具有負(fù)溫度系數(shù)的器件，流過LED 的電流會隨溫度升高而增大,，這就形成了正反饋,，造成結(jié)溫的進(jìn)一步升高，如不加控制,，就會燒毀LED,。LED 的熱學(xué)參數(shù)與PN 結(jié)的結(jié)溫有很大關(guān)系，主波長與溫度的關(guān)系如下式：
mp（Tl） = m0（T0）+ 3Tg #0.1nm/°C
由上式可知,，每當(dāng)LED 結(jié)溫升高10℃時(shí),，主波長 （ 人眼能夠觀察到的） 就會向長波漂移1nm（1nm=10-9m），導(dǎo)致LED 亮度下降,，出現(xiàn)光衰,。因此， 個(gè)別LED 過熱,，就會造成LED 陣列發(fā)光的均勻性變差,。
2.2 LED 顯著的照明優(yōu)勢
LED 被稱為新光源，原因在于LED 具備點(diǎn)光源與固態(tài)光源的特性,，因此具有其它照明光源無法比擬的優(yōu)點(diǎn),。
（1）LED 壽命理論上可達(dá)10 萬小時(shí)， 實(shí)際壽命也可達(dá)到2 萬小時(shí)以上,，比一般白炙燈泡的1 000 小時(shí),、日光燈具的1 萬小時(shí)更具優(yōu)勢，在汽車使用壽命期間一般無須更換,。
（2）點(diǎn)亮無延遲,，響應(yīng)時(shí)間更快。LED 的啟動時(shí)間僅為幾十納秒,，啟動時(shí)間較白熾燈泡大大縮短,。
（3）在光線亮度高、自然光線可見度低的情況下,，大大降低汽車事故發(fā)生率；基本上無輻射,，屬于“綠色光源”,。
（4）LED 占用體積小， 結(jié)構(gòu)簡單，高耐震,，設(shè)計(jì)者可以隨意變換燈具模式,，令汽車造型多樣化，滿足不同消費(fèi)者需求,。
（5）LED 光源受電壓變化的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于白熾燈泡,，顯示了卓越的安全性和可靠性，同時(shí)消耗的能量較同光效的白熾燈減少80%,，非常節(jié)能,。
基于上述優(yōu)勢，LED 可以在汽車照明中廣泛應(yīng)用,，但單個(gè)LED 無法滿足汽車照明強(qiáng)度的要求,，必須多個(gè)串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)成LED 陣列使用,，如圖1 所示,。
圖1 LED 組合成的照明光源
2.3 LED 驅(qū)動的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)
LED 驅(qū)動方式可采用電阻限流、線性穩(wěn)壓器和開關(guān)型變換器3 類,。電阻限流方案適用于效率低的應(yīng)用場合,，所以對效率要求極高，輸入電壓范圍寬的汽車照明上不采用此方法,；線性穩(wěn)壓器適應(yīng)于低電流或LED 正向壓降稍低于電源電壓的場合,，但同樣存在效率和輸入電壓范圍小的問題；開關(guān)型變換器具有電路拓?fù)潇`活,、效率高和輸入電壓寬的特性,。因此，綜合考慮工作效率,、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,，驅(qū)動電路多采用開關(guān)型變換器。開關(guān)變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為Buck,、Boost 及Buck-Boos 等方式,。目前來看，LED 應(yīng)用在汽車照明上,，其驅(qū)動電源必然是鉛酸蓄電池,。
因?yàn)樾铍姵氐妮斎腚妷悍秶鷷c正常的范圍有很大的出入，因此驅(qū)動電路一般用Buck-Boost 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)滿足LED陣列對電壓要求,。此電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直流增益（輸出電壓與輸入電壓之比）與占空比D（一個(gè)開關(guān)周期內(nèi),，開通時(shí)間與周期的比值）有關(guān),。當(dāng)電池電壓低于LED 所需電壓時(shí)，調(diào)節(jié)D ＞ 0.5,，使電路處于升壓狀態(tài),；當(dāng)電池電壓高于LED 所需電壓時(shí)，調(diào)節(jié)D ＜ 0.5,，使電路處于降壓狀態(tài),。LED 是電流控制的電流型元件，亮度與流過的電流成正比,。如果LED 不是恒流驅(qū)動,，通過的電流波動時(shí)，即使電壓恒定也會造成LED 的亮度變化,。為保證亮度穩(wěn)定可靠,，LED 需要恒定的電流來驅(qū)動，而且還需要在任何情況下都能將紋波電流控制在可接受的水平,。所以,，LED 驅(qū)動電路的輸出必須是恒流輸出而非恒壓輸出。
可以設(shè)計(jì)LED 驅(qū)動電路原理圖如圖2 所示,。
圖2 LED 驅(qū)動原理圖
圖2 可知,，Buck-Boost 電路將蓄電池電能變換后對LED 陣列供電，采樣電路對流過LED 的電流采樣,，將信號傳到控制電路,。控制電路分析采樣信息,，調(diào)節(jié)Buck-Boost 電路中開關(guān)管的占空比,，保證通過LED 電流恒定；當(dāng)電路出現(xiàn)異常時(shí),，通過控制保護(hù)電路切斷電源,，保證LED 不受損害。一般情況下,，LED 驅(qū)動電路必須滿足下列要求：
（1）升降壓功能,。當(dāng)輸入電壓或LED 本身壓降波動時(shí)，調(diào)節(jié)輸出電壓,，滿足輸出電流恒定的要求,，保證LED 發(fā)光穩(wěn)定可靠。
（2）高功率轉(zhuǎn)換效率,。以降低驅(qū)動損耗,，節(jié)省成本，同時(shí)減少蓄電池充電次數(shù),，延長電池使用壽命,。
（3）亮度調(diào)節(jié)功能,。周圍環(huán)境很暗時(shí)，信號燈往往不需最大電流驅(qū)動,，此時(shí)可控制驅(qū)動電流而改變LED的亮度，進(jìn)而降低LED 的耗電量,。調(diào)節(jié)驅(qū)動電流常用的方法是利用PWM 信號控制,。
（4）具有完善的保護(hù)電路。應(yīng)設(shè)置各種保護(hù)措施,，用以保護(hù)自身和LED 可靠工作,。例如，低壓鎖存,、過壓保護(hù),、過熱保護(hù)、輸出開路或短路保護(hù)等,。
（5）良好的散熱功能,。由LED 的熱學(xué)特性可知，溫度是影響LED 工作的重要因素之一,。在夜晚行車時(shí),，LED 處于長時(shí)間點(diǎn)亮狀態(tài)，因此,，必須有良好的散熱功能,，保證LED 的壽命及工作可靠。
3 LED 的缺陷及解決方法
3.1 不一致性帶來的問題
理論上LED 都是發(fā)光二極管,，但是由于材料的純度,、工藝和封裝的差異（即使是同一廠家也難避免），實(shí)際LED 陣列中單個(gè)LED 的性能是有差異的,。這將導(dǎo)致LED的發(fā)光強(qiáng)度與驅(qū)動電流不完全相同,，耐過電流能力和發(fā)熱的差異也就自然而然的不同了。因?yàn)長ED 的差異總有一個(gè)最先損壞,，會使電流增大而損壞其他的LED,。這就是不一致性帶的結(jié)果，也是制約其發(fā)展的因素之一,。因此,，制造商應(yīng)提高LED 質(zhì)量，避免較大差異,，同時(shí)設(shè)計(jì)驅(qū)動電路時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)電路,，防止上述現(xiàn)象發(fā)生。
3.2 驅(qū)動電路復(fù)雜的問題
首先,，在電壓匹配方面,，LED 不像普通白熾燈泡,，可以直接連接220V 的交流市電。LED 是3.6 ～ 4.5V 的低電壓驅(qū)動,，必須要設(shè)計(jì)復(fù)雜的變換電路,。其次，在驅(qū)動電流方面,，為了保證LED 正常工作,，要恒流、恒壓電路供電,，另加保護(hù)電路,。這樣電源電路復(fù)雜性和故障率都將升高，從而大大地限制了市場的競爭力與購買群體,。
因此,，設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用專用驅(qū)動芯片，以簡化驅(qū)動電路結(jié)構(gòu),，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性,。例如，F(xiàn)AN5608 系列,、CAT4201,、LT3754 等芯片，在LED 驅(qū)動方面效果良好,。
3.3 LED 的成本問題
一部車若把照明全部換成LED,，內(nèi)、外部大約各需用掉200 ～ 300 顆LED,，和其他照明光源相比,，成本顯得相當(dāng)高。盡管壽命長的優(yōu)勢能彌補(bǔ)其成本高昂的劣勢,，但是從總體上來看,，其成本仍大大高于其他光源。這是目前LED性能突出但沒有占據(jù)大量市場份額的主要原因,。
但是各國政府對LED 技術(shù)十分重視,，每年投入大量資金進(jìn)行研究，相信這個(gè)問題在不遠(yuǎn)的將來必會圓滿解決,。
4 結(jié)束語
由于LED 成本較高,，驅(qū)動技術(shù)比較復(fù)雜，現(xiàn)在還沒有全面廣泛地進(jìn)入汽車市場,。我國已經(jīng)規(guī)定,，凡是上高速公路的汽車必須裝設(shè)LED 霧燈。未來,，隨著LED 價(jià)格逐漸下降,，其車燈模塊必將逐步使用高亮度LED 作為光源,。自從奧迪第一款加裝LED 前燈的車型R8 上市以來，國際上如凱迪拉克,、寶馬,、豐田、奔馳和福特等知名汽車公司都紛紛推出配有五彩繽紛的LED 燈具的新款轎車以吸引顧客,。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,，LED 必將在未來幾年內(nèi)廣泛應(yīng)用在汽車市場。整體看,，汽車用燈LED化是車燈發(fā)展的一個(gè)大趨勢，必將是汽車照明系統(tǒng)發(fā)展史上的一次飛躍,。