汽车LED驱动电路的设计方案
在汽车或汽车中，led已发展成为照明的首选。无论是后尾灯还是仪表盘中的指示灯，如下图 1 所示，如今都集成了led。其紧凑的尺寸有助于设计的多功能性，并提供与车辆预期寿命本身一样耐用的期望。
在汽车或汽车中，led已发展成为照明的首选。无论是后尾灯还是仪表盘中的指示灯，如下图 1 所示，如今都集成了led。其紧凑的尺寸有助于设计的多功能性，并提供与车辆预期寿命本身一样耐用的期望。
led实际上是一个p型n型（pn）结二极管，它允许电流仅在一个方向上通过它。一旦 led 两端的电压达到最小正向电压（vf），电流就开始流动。
led的照明水平或亮度由正向电流（if）决定;而 led 消耗的电流取决于施加在 led 上的电压。
尽管led亮度和正向电流if是线性相关的，但即使led两端的正向电压vf略有增加，也会引发led电流摄入的快速增加。
具有不同颜色规格的 led 由于其特定的半导体成分而具有不同的 vf 和 if 规格（图2）。有必要考虑每个led的数据表规格，特别是在单个电路中应用不同颜色的led时。
图 #2
例如，当使用红绿蓝 （rgb） 照明进行开发时，红色 led 的正向电压额定值可能约为 2 v，而蓝色和绿色 led 的额定电压可能在 3 至 4 v左右。
考虑到您采用单个公共电源操作这些 led，您可能需要为每个彩色 led 配备一个计算良好的限流电阻，以避免 led 劣化。
热效率和功率效率
除了电源电压和电流参数外，温度和功率效率同样需要仔细分析。虽然，施加在led上的大部分电流被转换为led光，但少量功率在器件的pn结内转化为热量。
led结上产生的温度可能会受到一些外部参数的严重影响，例如：
通过大气温度（ta），
通过led结和环境空气之间的热阻（rθja），
以及功耗 （pd）。
以下公式1揭示了led的功耗规格pd：
pd =vf × if ------------方程 #1
借助上述方法，我们可以进一步推导出以下计算led结温（tj）的方程：
tj = ta + rθja × pd ---------- 方程 #2
不仅在正常工作条件下，而且在设计的绝对最高环境温度ta下，对于最坏情况的关注，确定tj至关重要。
随着led结温tj的升高，其工作效率下降。led 的正向电流 if 和结温 tj 必须保持在数据手册分类的绝对最大额定值以下，以防止损坏（图
3）。
图 #3
除了led，您还应考虑电阻和驱动元件（如bjt和运算放大器）的功率效率，特别是随着分立元件数量的增加。
驱动器级的电源效率不足、led导通时间和/或环境温度所有这些因素都可能导致器件温度升高，影响bjt驱动器的电流输出，并降低led的vf降。
随着温度的升高降低led的正向压降，led的电流消耗率上升;导致功率耗散pd和温度成比例增加，这导致led的正向压降vf进一步降低。
这种温度持续上升的循环，也称为“热失控”，迫使led在最佳工作温度以上工作，导致快速退化，并在某个时候器件发生故障，因为中频消耗水平增加。
线性 led 驱动器
通过晶体管或ic线性操作led实际上非常方便。在所有可能性中，控制led的最简单方法通常是将其直接连接到电源电压源（vs）。
使用合适的限流电阻可限制器件的电流消耗，并固定led的精确压降。以下公式3可用于计算串联电阻（rs）值：
借助上述方法，我们可以进一步推导出以下计算led结温（tj）的方程：
tj = ta + rθja × pd ---------- 方程 #2
不仅在正常工作条件下，而且在设计的绝对最高环境温度ta下，对于最坏情况的关注，确定tj至关重要。
随着led结温tj的升高，其工作效率下降。led 的正向电流 if 和结温 tj 必须保持在数据手册分类的绝对最大额定值以下，以防止损坏（图
3）。
图 #3
除了led，您还应考虑电阻和驱动元件（如bjt和运算放大器）的功率效率，特别是随着分立元件数量的增加。
驱动器级的电源效率不足、led导通时间和/或环境温度所有这些因素都可能导致器件温度升高，影响bjt驱动器的电流输出，并降低led的vf降。
随着温度的升高降低led的正向压降，led的电流消耗率上升;导致功率耗散pd和温度成比例增加，这导致led的正向压降vf进一步降低。
这种温度持续上升的循环，也称为“热失控”，迫使led在最佳工作温度以上工作，导致快速退化，并在某个时候器件发生故障，因为中频消耗水平增加。
线性 led 驱动器
通过晶体管或ic线性操作led实际上非常方便。在所有可能性中，控制led的最简单方法通常是将其直接连接到电源电压源（vs）。
使用合适的限流电阻可限制器件的电流消耗，并固定led的精确压降。以下公式3可用于计算串联电阻（rs）值：
rs = vs - vf / if ---------- 等式 #3
参考图 #4，我们看到 3 个 led 串联使用，vf 计算应考虑 3 个 led 上的整个压降 vf（led 的正向电流 if 保持不变）。
图 #4
虽然这可能是最简单的led驱动器配置，但在实际实现中可能非常不切实际。
电源，尤其是汽车电池，容易受到电压波动的影响。
电源输入的微小增加会触发led消耗更多的电流，从而被破坏。
此外，电阻中过大的功率耗散pd会增加器件温度，从而导致热失控。
面向汽车应用的分立式恒流led驱动器
当使用恒流功能时，它可确保增强的节能和可靠的布局。由于最普遍的led操作技术是通过开和关开关，因此晶体管可实现良好调节的电流供应。
图 #5
参考上面的图5，根据led配置的电压和电流规格，可以选择bjt或mosfet。与电阻器相比，晶体管易于处理更大的功率，但容易受到电压上下和温度变化的影响。例如，当bjt周围的电压上升时，其电流也会成比例增加。
为了保证额外的稳定性，可以定制这些bjt或mosfet电路，以提供恒定电流，尽管电源电压不平衡。
设计 led 电流源
图6至图8展示了一些电流源电路图示。
在图6中，齐纳二极管在晶体管基极产生稳定的输出电压。
限流电阻rz确保受控电流，使齐纳二极管正常工作。
齐纳二极管输出产生恒定电压，不受电源电压波动的影响。
发射极电阻re上的压降应补充齐纳二极管的压降，因此晶体管调节集电极电流;这可确保通过led的电流始终保持恒定。
使用运算放大器反馈
在下面的图7中，显示了具有反馈环路的运算放大器电路，用于构建理想的汽车led控制器电路。反馈连接确保输出自动调整，以便在负输入处产生的电位保持等于其正基准输入。
齐纳二极管被箝位以在运算放大器的同相输入端产生基准电压。如果led电流超过预定值，它会在检测电阻rs上产生成比例的电压，试图超过齐纳参考值。
由于这会导致运算放大器负反相输入端的电压超过正基准齐纳值，因此迫使运算放大器输出关闭，从而降低led电流以及rs两端的电压。
这种情况再次将运算放大器输出恢复为开启状态并激活led，运算放大器的这种自调节动作继续无限确保led电流永远不会超过计算出的不安全水平。
上面的图 8 显示了使用几个 bjt
完成的另一种基于反馈的设计。在这里，电流通过r1流动，接通晶体管q1。电流继续通过r2，固定正确的电流量通过led。
如果通过r2的led电流试图超过预定值，r2两端的压降也会成比例增加。当这个压降上升到晶体管q2的基极到发射极电压（vbe）时，q2开始导通。
q2现在开始通过r1吸收电流，迫使q1开始关闭，并且条件保持自我调节通过led的电流，确保led电流永远不会超过不安全的水平。
这种带反馈环路的晶体管限流器根据r2的计算值保证为led提供恒定电流。在上面的例子中，实现了bjt，但对于更高电流的应用，在该电路中使用mosfet也是可行的。
使用集成电路的恒流led驱动器
这些基本的基于晶体管的构建模块可以很容易地复制来操作多个led串，如图9所示。
控制一组 led 串会导致元件数量增加，占用更高的 pcb 空间并消耗更多通用输入/输出 （gpio） 引脚。
而且，这样的设计基本上没有亮度控制和故障诊断的考虑，这是大多数功率led应用的基本需求。
要包括亮度控制和故障诊断等规格，需要额外数量的分立元件和额外的设计分析程序。
包含更多led的led设计会导致分立电路设计包含更多数量的零件，从而增加电路的复杂性。
为了简化设计过程，应用专用ic作为led驱动器被认为是最有效的。如图9所示，使用基于ic的led驱动器可以简化图10所示的许多分立元件。
图 #10
led 驱动器 ic 专为处理 led 的关键电压、电流和温度规格而设计，并可最大限度地减少器件数量和电路板尺寸。
此外，led驱动器ic可能具有用于亮度控制和诊断的附加功能，包括过温保护。也就是说，使用基于bjt的分立设计也可以实现上述高级功能，但相对而言，ic似乎是一种更容易的选择。
汽车 led 应用的挑战
在许多汽车led实现中，亮度控制成为一种必不可少的问题。
由于通过led调节正向电流if按比例调节亮度水平，因此可以采用模拟设计来实现结果。led亮度控制的数字方法是通过pwm或脉宽调制。以下详细介绍了这两个概念，并展示了如何将它们应用于汽车led应用
模拟和pwm led亮度控制之间的差异
图11评估了控制led亮度的模拟和数字方法之间的主要区别。
图 #11
通过使用模拟led亮度控制，led照明通过流动电流的大小来改变;电流越大，亮度越大，反之亦然。
但是，模拟调光或亮度控制的质量并不令人满意，特别是在较低的亮度范围内。模拟调光通常不适用于与颜色相关的 led 应用，如 rgb
照明或状态指示灯;因为不同的if往往会影响led的颜色输出，导致rgb led的颜色分辨率较差。
相比之下，基于pwm的led调光器不会改变led正向电流if，而是通过改变led的on/off开关速率来控制强度。然后，平均导通时间led电流决定led上的比例亮度。它也被称为占空比（脉冲宽度与pwm脉冲间隔的比值）。通过pwm，更高的占空比会导致通过led的平均电流更高，从而导致更高的亮度，反之亦然。
由于您可以根据各种照明范围微调占空比，因此与模拟调光相比，pwm 调光有助于实现更宽的调光比。
虽然pwm保证了增强的亮度控制输出，但它需要更多的设计分析。pwm频率必须比我们的视觉可以感知的要高得多，否则led最终可能会看起来像在闪烁。此外，pwm调光电路因产生电磁干扰（emi）而臭名昭著。
来自 led 驱动器的干扰
在emi控制不足的情况下构建的汽车led驱动器电路可能会对其他相邻的电子软件产生不利影响，例如在收音机或类似的敏感音频设备中产生嗡嗡声。
led驱动器ic当然可以为您提供模拟和pwm调光功能，以及解决emi问题的补充功能，例如可编程压摆率，或输出通道相移或群延迟。
为了能够向汽车用户提供诊断警报，车身控制模块（bcm）中的智能高边开关通过尾灯元件记录故障，如上图12所示。
话虽如此，通过bcm识别led故障可能很复杂。有时，您可能会使用相同的bcm板设计来检测基于白炽灯泡的标准电路或基于led的系统;因为与白炽灯泡相比，led电流往往要小得多，因此区分了逻辑led负载。
结论
如果电流检测诊断设计不准确，则可能难以识别开路或断开的负载。bcm 无需使用单个开路 led 串，而是更容易检测到整个 led
串，以报告开路负载情况。一种条件，可确保如果单 led 出现故障，则可以执行全 led 故障标准，以便在检测到单个 led 故障时关闭所有
led。汽车线性led驱动器包括允许一个故障-所有故障反应的功能，并且可以识别多个ic配置中的公共误差总线。
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led实际上是一个p型n型（pn）结二极管，它允许电流仅在一个方向上通过它。一旦 led 两端的电压达到最小正向电压（vf），电流就开始流动。
led的照明水平或亮度由正向电流（if）决定;而 led 消耗的电流取决于施加在 led 上的电压。
尽管led亮度和正向电流if是线性相关的，但即使led两端的正向电压vf略有增加，也会引发led电流摄入的快速增加。
具有不同颜色规格的 led 由于其特定的半导体成分而具有不同的 vf 和 if 规格（图2）。有必要考虑每个led的数据表规格，特别是在单个电路中应用不同颜色的led时。
图 #2
例如，当使用红绿蓝 （rgb） 照明进行开发时，红色 led 的正向电压额定值可能约为 2 v，而蓝色和绿色 led 的额定电压可能在 3 至 4 v左右。
考虑到您采用单个公共电源操作这些 led，您可能需要为每个彩色 led 配备一个计算良好的限流电阻，以避免 led 劣化。
热效率和功率效率
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led结上产生的温度可能会受到一些外部参数的严重影响，例如：
通过大气温度（ta），
通过led结和环境空气之间的热阻（rθja），
以及功耗 （pd）。
以下公式1揭示了led的功耗规格pd：
pd =vf × if ------------方程 #1
借助上述方法，我们可以进一步推导出以下计算led结温（tj）的方程：
tj = ta + rθja × pd ---------- 方程 #2
不仅在正常工作条件下，而且在设计的绝对最高环境温度ta下，对于最坏情况的关注，确定tj至关重要。
随着led结温tj的升高，其工作效率下降。led 的正向电流 if 和结温 tj 必须保持在数据手册分类的绝对最大额定值以下，以防止损坏（图
3）。
图 #3
除了led，您还应考虑电阻和驱动元件（如bjt和运算放大器）的功率效率，特别是随着分立元件数量的增加。
驱动器级的电源效率不足、led导通时间和/或环境温度所有这些因素都可能导致器件温度升高，影响bjt驱动器的电流输出，并降低led的vf降。
随着温度的升高降低led的正向压降，led的电流消耗率上升;导致功率耗散pd和温度成比例增加，这导致led的正向压降vf进一步降低。
这种温度持续上升的循环，也称为“热失控”，迫使led在最佳工作温度以上工作，导致快速退化，并在某个时候器件发生故障，因为中频消耗水平增加。
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通过晶体管或ic线性操作led实际上非常方便。在所有可能性中，控制led的最简单方法通常是将其直接连接到电源电压源（vs）。
使用合适的限流电阻可限制器件的电流消耗，并固定led的精确压降。以下公式3可用于计算串联电阻（rs）值：
借助上述方法，我们可以进一步推导出以下计算led结温（tj）的方程：
tj = ta + rθja × pd ---------- 方程 #2
不仅在正常工作条件下，而且在设计的绝对最高环境温度ta下，对于最坏情况的关注，确定tj至关重要。
随着led结温tj的升高，其工作效率下降。led 的正向电流 if 和结温 tj 必须保持在数据手册分类的绝对最大额定值以下，以防止损坏（图
3）。
图 #3
除了led，您还应考虑电阻和驱动元件（如bjt和运算放大器）的功率效率，特别是随着分立元件数量的增加。
驱动器级的电源效率不足、led导通时间和/或环境温度所有这些因素都可能导致器件温度升高，影响bjt驱动器的电流输出，并降低led的vf降。
随着温度的升高降低led的正向压降，led的电流消耗率上升;导致功率耗散pd和温度成比例增加，这导致led的正向压降vf进一步降低。
这种温度持续上升的循环，也称为“热失控”，迫使led在最佳工作温度以上工作，导致快速退化，并在某个时候器件发生故障，因为中频消耗水平增加。
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通过晶体管或ic线性操作led实际上非常方便。在所有可能性中，控制led的最简单方法通常是将其直接连接到电源电压源（vs）。
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rs = vs - vf / if ---------- 等式 #3
参考图 #4，我们看到 3 个 led 串联使用，vf 计算应考虑 3 个 led 上的整个压降 vf（led 的正向电流 if 保持不变）。
图 #4
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电源，尤其是汽车电池，容易受到电压波动的影响。
电源输入的微小增加会触发led消耗更多的电流，从而被破坏。
此外，电阻中过大的功率耗散pd会增加器件温度，从而导致热失控。
面向汽车应用的分立式恒流led驱动器
当使用恒流功能时，它可确保增强的节能和可靠的布局。由于最普遍的led操作技术是通过开和关开关，因此晶体管可实现良好调节的电流供应。
图 #5
参考上面的图5，根据led配置的电压和电流规格，可以选择bjt或mosfet。与电阻器相比，晶体管易于处理更大的功率，但容易受到电压上下和温度变化的影响。例如，当bjt周围的电压上升时，其电流也会成比例增加。
为了保证额外的稳定性，可以定制这些bjt或mosfet电路，以提供恒定电流，尽管电源电压不平衡。
设计 led 电流源
图6至图8展示了一些电流源电路图示。
在图6中，齐纳二极管在晶体管基极产生稳定的输出电压。
限流电阻rz确保受控电流，使齐纳二极管正常工作。
齐纳二极管输出产生恒定电压，不受电源电压波动的影响。
发射极电阻re上的压降应补充齐纳二极管的压降，因此晶体管调节集电极电流;这可确保通过led的电流始终保持恒定。
使用运算放大器反馈
在下面的图7中，显示了具有反馈环路的运算放大器电路，用于构建理想的汽车led控制器电路。反馈连接确保输出自动调整，以便在负输入处产生的电位保持等于其正基准输入。
齐纳二极管被箝位以在运算放大器的同相输入端产生基准电压。如果led电流超过预定值，它会在检测电阻rs上产生成比例的电压，试图超过齐纳参考值。
由于这会导致运算放大器负反相输入端的电压超过正基准齐纳值，因此迫使运算放大器输出关闭，从而降低led电流以及rs两端的电压。
这种情况再次将运算放大器输出恢复为开启状态并激活led，运算放大器的这种自调节动作继续无限确保led电流永远不会超过计算出的不安全水平。
上面的图 8 显示了使用几个 bjt
完成的另一种基于反馈的设计。在这里，电流通过r1流动，接通晶体管q1。电流继续通过r2，固定正确的电流量通过led。
如果通过r2的led电流试图超过预定值，r2两端的压降也会成比例增加。当这个压降上升到晶体管q2的基极到发射极电压（vbe）时，q2开始导通。
q2现在开始通过r1吸收电流，迫使q1开始关闭，并且条件保持自我调节通过led的电流，确保led电流永远不会超过不安全的水平。
这种带反馈环路的晶体管限流器根据r2的计算值保证为led提供恒定电流。在上面的例子中，实现了bjt，但对于更高电流的应用，在该电路中使用mosfet也是可行的。
使用集成电路的恒流led驱动器
这些基本的基于晶体管的构建模块可以很容易地复制来操作多个led串，如图9所示。
控制一组 led 串会导致元件数量增加，占用更高的 pcb 空间并消耗更多通用输入/输出 （gpio） 引脚。
而且，这样的设计基本上没有亮度控制和故障诊断的考虑，这是大多数功率led应用的基本需求。
要包括亮度控制和故障诊断等规格，需要额外数量的分立元件和额外的设计分析程序。
包含更多led的led设计会导致分立电路设计包含更多数量的零件，从而增加电路的复杂性。
为了简化设计过程，应用专用ic作为led驱动器被认为是最有效的。如图9所示，使用基于ic的led驱动器可以简化图10所示的许多分立元件。
图 #10
led 驱动器 ic 专为处理 led 的关键电压、电流和温度规格而设计，并可最大限度地减少器件数量和电路板尺寸。
此外，led驱动器ic可能具有用于亮度控制和诊断的附加功能，包括过温保护。也就是说，使用基于bjt的分立设计也可以实现上述高级功能，但相对而言，ic似乎是一种更容易的选择。
汽车 led 应用的挑战
在许多汽车led实现中，亮度控制成为一种必不可少的问题。
由于通过led调节正向电流if按比例调节亮度水平，因此可以采用模拟设计来实现结果。led亮度控制的数字方法是通过pwm或脉宽调制。以下详细介绍了这两个概念，并展示了如何将它们应用于汽车led应用
模拟和pwm led亮度控制之间的差异
图11评估了控制led亮度的模拟和数字方法之间的主要区别。
图 #11
通过使用模拟led亮度控制，led照明通过流动电流的大小来改变;电流越大，亮度越大，反之亦然。
但是，模拟调光或亮度控制的质量并不令人满意，特别是在较低的亮度范围内。模拟调光通常不适用于与颜色相关的 led 应用，如 rgb
照明或状态指示灯;因为不同的if往往会影响led的颜色输出，导致rgb led的颜色分辨率较差。
相比之下，基于pwm的led调光器不会改变led正向电流if，而是通过改变led的on/off开关速率来控制强度。然后，平均导通时间led电流决定led上的比例亮度。它也被称为占空比（脉冲宽度与pwm脉冲间隔的比值）。通过pwm，更高的占空比会导致通过led的平均电流更高，从而导致更高的亮度，反之亦然。
由于您可以根据各种照明范围微调占空比，因此与模拟调光相比，pwm 调光有助于实现更宽的调光比。
虽然pwm保证了增强的亮度控制输出，但它需要更多的设计分析。pwm频率必须比我们的视觉可以感知的要高得多，否则led最终可能会看起来像在闪烁。此外，pwm调光电路因产生电磁干扰（emi）而臭名昭著。
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话虽如此，通过bcm识别led故障可能很复杂。有时，您可能会使用相同的bcm板设计来检测基于白炽灯泡的标准电路或基于led的系统;因为与白炽灯泡相比，led电流往往要小得多，因此区分了逻辑led负载。
结论
如果电流检测诊断设计不准确，则可能难以识别开路或断开的负载。bcm 无需使用单个开路 led 串，而是更容易检测到整个 led
串，以报告开路负载情况。一种条件，可确保如果单 led 出现故障，则可以执行全 led 故障标准，以便在检测到单个 led 故障时关闭所有
led。汽车线性led驱动器包括允许一个故障-所有故障反应的功能，并且可以识别多个ic配置中的公共误差总线。
谷歌眼镜/Apple Watch等可穿戴设备里程碑产品你知道几个？
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可穿戴设备电源设计难？
比亚迪电子助力荣耀70打造出精致温润的玻璃后盖
汽车LED驱动电路的设计方案
LT8494 450kHz、宽输入范围 12V 输出 @ 0.65A SEPIC 转换器
一文解析UWB雷达的工作原理
小米5C:价格完胜荣耀V9, 外观比肩iPhone, 配置甩魅族几条街
冰箱结霜 有这些办法可以处理
关于广汽传祺GE3纯电动SUV的设计理念解说
一加 12 Pop-up快闪活动来袭，十城联动火爆开启
FPGA为什么要做直方图均衡化
基于RISC-V的电机控制专用MCU及交钥匙解决方案
特斯拉推出选装升级包 仅适用于双电机的Model 3版本
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每秒10亿亿次，国内首个元宇宙智算中心落户浙江
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