浅谈LED昼间行车灯电路设计要点.pdf

浅谈 LED 昼间行车灯电路设计要点浅谈 LED 昼间行车灯电路设计要点 上海海马汽车研发有限公司上海海马汽车研发有限公司 汪洋汪洋 摘要 随着欧盟在 2008 年发布的车辆需安装昼间行车灯的法规出台至今 昼间行车灯已经成为汽车的一项 标配 如今市场上大部分车辆都已选择 LED 作为昼间行车灯的光源 那么在 LED 昼间行车灯设计时需要注意的要 点有哪些 本文以某自主品牌汽车设计的 LED 昼间行车灯驱动电路为例 详细介绍了 LED 驱动电路的设计要点及 实验验证 关键词 DRL LED 驱动电路 EMC 防护 一 引言 一 引言 2008 年欧盟发布了一项新的法规 即所有 M1 类乘用车和 N1 类货车必须安装昼间行车灯 并要求于 2011 年强制执行 这一法规的提出源于欧洲一些国家 例如英国 常年受到气候影响 白天多雾 城市里的能见度较低 为了提高汽车在行驶过程中的安全性 在白天行驶时也要开启 行车灯 以便能够制造信号让其他的道路使用者更早更好地察觉和识别机动车 在 2009 年时我 国的国家标准化管理委员会也发布了 GB 23255 2009 汽车昼间行车灯配光性能 标准 使我国 生产的合资品牌与自主品牌汽车在国内装配昼间行车灯时有据可依 从欧盟的法规发布至今 昼 间行车灯已成为大部分汽车配置中的一项标配 昼间行车灯的电路设计也成为汽车灯具研发中的 必要项目 二 昼间行车灯设计思路 二 昼间行车灯设计思路 昼间行车灯 又名日间行车灯 英文是 Daytime Running Lights 简称 DRL 一般安装在车身 前部 在白天行车视线环境较差的情况下可以提高车辆的被辨识性 为了让车辆被其他的道路使 用者更早更好地察觉和识别 以达到警示作用 可提前预防事故的发生 保障行车的安全 昼间 行车灯属于信号灯的范畴 早期的昼间行车灯多采用卤素灯泡 但随着科技的进步 现在市场上 的昼间行车灯普遍采用 LED 灯 如图 1 所示 相较于卤素灯泡 LED 灯的发光更均匀 光色更饱 满 且功率消耗远远低于卤素灯泡 只有原来的 20 左右 同时 LED 灯最长寿命可达 10000 小时 左右 在维修保养方面非常具有优势 目前的昼间行车灯多采用小功率 LED 灯珠 如功率在 0 5 1W 左右的灯珠使用较为广泛 LED 灯珠功率小 可相对减少 LED 在发光时产生的热量 如果能够保证散热良好 可以保证 LED 的使 用寿命 图 1 LED 昼间行车灯 汽车内部电路系统较为复杂 且电子元器件的使用环境相较于普通家电产品来说要求更为苛 刻 因此在设计 LED 昼间行车灯驱动电路时 要充分考虑所选元器件的适用等级 一些主要部件 如驱动芯片 MOS 管 LED 灯珠等最好选取符合车规级别的元件以保证性能良好 电子元器件的 规格中都有该产品的等级 如图 2 图 3 所示 同时汽车电子产品需通过 EMC 认证 即电磁兼容 性 止 主 三 L三 L 较 计 率 电 正 开 方 降 的 使 的 进 的 使 断 性 Electro M 止电磁干扰到 主要的是对 LE 图 2 LE ED 昼间ED 昼间 1 EMC 防 在设计 LE 较复杂 并且 计需求的模块 率如果控制不 电路时 过多 正常工作 在 开关电源 但 方面考虑改进 开关电 降低开关频率 的频率时 EMC 使开关电源的 回路面 的面积以及其 进行排查 减 牺牲一 的转换效率来 使形成的辐射 断试验分析以 图 4 某自 Magnetic Com 其他模块的 ED 驱动电路 ED 驱动规格 行车灯行车灯驱驱 防护 ED 昼间行车 在汽车上最忌 块都是使用的线 到位 就会产 的使用了开关 LED 昼间行车 要注意频率及 进 源的开关频率 率值 如某自主 C 认证未能通 频率由原来 面积的影响 在 其工作时会产生 减小那个对辐射 定的转换效率 来降低辐射骚扰 射相对减小 当 达到理想的效 自主品牌 LED mpatibility 的 能力 通过这 设计成功与否 书图 3 LED 驱驱动电路动电路 车灯驱动电路 忌讳过多的使 线性电源 比 产生辐射或传 关电源且没有 车灯电路设计 及防护 如果 率 在选取开 主品牌汽车 通过 经调查分 的 1MHz 降低 在设计驱动电 生的电磁辐射 射影响最大的 率 当前两种 扰 即通过延 当然 效率与 效果 驱动电路原 的认证 保证 这一认证 不 否的验证 D 灯珠规格书 设计要设计要点点 路时 首先要考 使用开关电源 比如收音机 传导的干扰进 有控制好它的 计时 如果因 果使用开关电 开关电源时要 LED 昼间行车 分析发现其辐 低到了 340KH 电路时要明确 射大小 当有 的回路面积以 种解决方案仍 延缓开关的上 与辐射是一对 原理图图 5LED 证产品在电磁 不仅是对驱动 书 点点 考虑到 EMC 源 因为汽车 而开关电源 进而影响到线 的频率 就会 因产品尺寸及 电源出现辐射 要避开车辆内 车灯驱动电路 辐射骚扰超标 Hz 避开了其 确各个电路区 有辐射超标时 以便减少辐射 仍未将辐射超 上升沿和下降 对矛盾体 如 D 昼间行车灯 磁环境中工作 动电路中电子 C 防护问题 车上某些较为 源有一个固定 线性电源 如 会影响到汽车 及排布限制 射骚扰超标的 内部其他电路 路中的驱动开 标 因此通过 其他电路受影 区域的职责 时 可以按照 射的产生 超标彻底解决 降沿来减低开 如何找到它们 灯产品外观 作既能抗干扰 子元器件性能 汽车的电气 为重要的模块 定的开关频率 如果在设计汽 车内部的其他 必要时可以 的现象时 可 路受影响的频 开关在最开始 过增加电路中 影响的频率 且要测量各 照辐射发生量 决时 可以考 开关电流 电 们之间的平衡 扰又需具备防 能的考验 更 气使用环境比 块或是特殊设 率 此开关频 汽车中的其他 他电子产品的 以适当的使用 可以从以下几 频率 适当的 始选取 1MHz 中电感的感值 各个电路区域 量的回路面积 考虑牺牲一定 电流的减小会 衡点就需要不 防 更 比 设 频 他 的 几 的 z 值 域 积 定 会 不 2 热量管理 众所周知 伴随着 LED 的兴起 它的致命弱点 热量控制 也成为各界普遍关注的焦点 如果能很好地控制 LED 的散热 就能更有效地延长 LED 的使用寿命 也将会使 LED 技术应用于更 广泛的领域中 LED 的特性是 15 能量转换成了光 其余的 85 都转换为了热量 这是使用 LED 做为照明的 最棘手的问题 而怎样处理掉这 85 的热量成为 LED 模组设计中的关键技术 以某国产品牌 LED 昼间行车灯驱动电路为例 该产品上有 5 颗 0 7W 的 LED 灯珠 供电时使用 250mA 的电流 按照 前述的转换效率计算 即每颗 LED 的就会产生的 0 6W 的热量 这种发热量如需散热 按照常规 的设计必须使用 1 6mm 的铝基板 且每颗 LED 的散热面积应达到 9 平方厘米 而该产品因驱动电 路设计于基板之上且空间相对较小 无法使用铝基板 为了尽可能增加散热 在 PCB 设计时使用 四层板 并且在 LED 周围增加通透的导热孔并尽量增大铜箔铺设的面积 以形成良好的散热 同 时避开 LED 散热区域与驱动电路的连接 保证两个区域都能良好散热 经过测试 该产品实际点亮 2 个小时后局部最高温度 即 LED 周围的温度为 59 而其他大 部分区域的温度为 50 左右 这可以保证 LED 在正常环境温度下进行工作 进而保证使用寿命 同时在实验室测得 在 85 环境下连续工作 12 小时 产品没有发生任何问题 因此 在设计时 应充分考虑 LED 的散热 如果条件允许推荐使用铝基板 如果条件限制不能使用铝基板时 要增 加铜箔的铺设面积及 LED 周围的导热孔 保证热量的及时散出 3 恒流设计 LED 转换出的光源转换率会随电压 电流等不同参数的变化产生变化 如下图所示 图 6 LED 电压转换率图 7 LED 电流转换率 当 LED 昼间行车灯驱动电路设计采取恒压设计时 即电压恒定的设计 LED 是并联在一起的 以保证每颗 LED 上的电压相同 这种设计的缺陷在于 因汽车电气系统中模块众多 均由汽车中的蓄电池或发电机为其提供电能 当汽车点火 或其他电子元器件产生电压波动时 有可能会影响到整个电路系统中的其他部分 如影 响到 LED 昼间行车灯驱动电路 会使每颗 LED 上的电压产生差别 进而影响 LED 的光源 转换率 使同一侧 LED 昼间行车灯上不同的 LED 灯珠发光产生差别 而且这种不稳定的 工作状态会影响 LED 的使用寿命 因 LED 工作时会转换出大量的热量 使 LED 灯珠内部温度升高 而 LED 灯珠内部温度的 升高会使 LED 内阻变小 若使用恒压设计供电则会造成 LED 工作电流的升高 当超过其 灯 流 四 L四 L 电 试 具 从 上 通 关 于 额定 因此在设 灯珠串联在一 流变化的原因 ED 昼间ED 昼间 在充分考 电路还要经过 试验等等 下 1 EMC 实 一般 EMC 具有效盖章的 从图中可以看 2 7637 7637 是汽 上的电子产品 通过 需要增 关 下图为该 图 9 763 3 光学测 光学测试 于 200Lm 色 定的工作电流 计 LED 昼间 起 减小电压 尽可能保证 行车灯行车灯驱驱 考虑了产品外型 过严格的实验验 下面以某自主 实验 C 实验会到专 文件作为产 看出已达到 cla 实验 汽车电子产品 能否适应汽车 加一个性能 产品通过 76 37 实验报告 测试 试主要检测 LE 温范围为 60 流后 会影响 行车灯驱动 压波动对 LED 证 LED 的工作 驱驱动电路动电路 型要求 布局 验证 主要的 品牌设计的 专业的第三方 品经过实验的 ass 5 等级 图 品独有的测试 车的电气环境 良好的 MOS 637 实验的实 图 10 7637 ED 发光的亮度 000 7000 LED 产品的使 电路时 推荐 D 造成的冲击 作电流不受外 设计验设计验证证 局安排及各项 的验证包括 LED 昼间行车 方检测机构进 的证明 下图 图 8 EMC 实 试 主要是模 境 主要内容 S 管来抵抗脉 实验数据 7 实验设备 度 LED 的照 使用寿命 荐使用稳压电 击 同时在设 外界温度或其 证证 项参数等情况 EMC 实验 车灯驱动电路 进行实验认证 图为该产品进 实验报告 模拟汽车上的 容有 5 大脉冲 脉冲 而这一 照幅度及 LED 电流恒流设计 设计电路时也 其他因素的影 况下 设计出 7637 实验 路实验为例 认证合格后 进行 EMC 认证 的电气环境来 冲 其中 P5 一脉冲值跟汽 D 色度 CIE 1 计的方法 即 也应充分考虑 影响 出的 LED 昼间 验 光学测试 介绍主要实 后 第三方检 证试验时辐射 来试验 判断 脉冲较为关 汽车发动机电 1931 一般 即使每颗 LED 虑可能引起电 间行车灯驱动 试 常规性能 实验的要点 检测机构会出 射频率的显示 断应用于汽车 关键并且不易 电压等参数有 般要求亮度大 D 电 动 能 示 车 有 大 五 五 结结 趋 电 LE 参考文参考文献献 1 吴彬 我国 2 欧洲经济 3 欧洲经济 下图为该 结结束语 束语 昼间行车 趋完善 LED 有 电气设计人员 ED 更好的发挥 献献 国暂不会强制安 济委员会汽车法 济委员会汽车法 产品进行的光 车灯的技