CN101521971B

CN101521971B - 一种汽车用led信号灯的线性恒流驱动方法

Info

Publication number: CN101521971B
Application number: CN200910048558.6A
Authority: CN
Inventors: 夏盛
Original assignee: Shanghai Koito Automotive Lamp Co Ltd
Current assignee: Hasco Vision Technology Co Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: CN101521971A

Abstract

一种汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方式，属电照明领域。包括在直流电源和与之连接的汽车LED信号灯之间设置线性恒流控制模块，向汽车用LED信号灯提供线性恒流驱动，其所述的线性恒流控制模块包括稳压单元、保护单元和执行单元；在LED信号灯工作电流低于设定电流值阶段，LED的正向工作电流变化跟随输入供电电压线性变化；当LED的工作电流达到设定的工作电流后，通过恒流的方式将LED的工作电流恒定在设定值，当LED电流大于设定值后，LED电流不再跟随供电电压的增加而线性增加，负载输出电流恒定。其电路结构简洁，制造成本低廉，特别适合于小电流汽车LED信号灯的线性恒流驱动，防止了大电流对LED造成损坏。

Description

一种汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方法

技术领域

本发明属于电照明领域，尤其涉及一种用于汽车用LED灯的控制方法及其控制装置。

背景技术

在20世纪80年代中期，LED（Light Emitting Diodes，发光二极管）开始被用于汽车中央高位刹车灯(CHMSL，Central High Mounted Stop Lamp)，进入90年代，汽车仪表LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）面板背光照明普遍采用LED这种固态新光源，进入新世纪后，随LED功率和亮度的提升，除了汽车前照灯外，LED全面进入了汽车照明和信号系统中的应用。

汽车LED灯与卤素车灯最大的区别就是汽车LED灯是不能直接供电的，因此，要用LED做照明光源就要解决电源驱动的问题。

目前汽车LED信号灯驱动电路大致可分为：

1、电阻降压式；

2、稳压式；

3、DC-DC转换式。

电阻降压式是一种低成本，简单易行的驱动方式。LED是电流控制器件，其电压降相对较低，最简单的方法是使用电阻限制LED的电流，但此驱动方式不具备任何保护功能。

因为汽车电池的实际电压是从6V至18V或12V至36V，随着输入电压的升高，LED的正向电流也将线性增长，降压电阻的功率通常会选择比额定功率大10倍以上，否则就会有烧毁的可能，同样，LED也面临着过流和烧坏的危险。目前汽车行业规定的常规的电性能试验项目，17VDC点灯一小时和26V点灯一分钟，电阻降压式驱动电路即使能工作，对LED也是致命的损伤。

稳压式是用稳压电路驱动LED，当稳压式驱动电路中各项参数确定后，输出电压是恒定的，而输出电流却随着负载的增减而变化，故稳压式驱动电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路。

另外，以稳压式驱动电路的LED，由于每个LED的正向导通压降不完全相同，每串需要加上合适的电阻方可使LED显示亮度均匀，并且，LED的亮度会受到稳压式电路降压的影响，在低输入电压阶段LED亮度远远低于同等条件下电阻降压式驱动方式。

DC-DC转换式是目前较为理想的驱动电路，具有输出电流恒定，工作效率高的特点。由于输出电压却随着负载大小的不同在一定范围内变化的特点，故DC-DC转换式驱动电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路。

授权公告日为2008年9月10日，授权公告号为CN201114897Y的中国专利中公开了一种LED恒流驱动电路，其包括DC电源输入电路、以TL494集成芯片为核心的PWM控制电路、恒流电路、恒流反馈电路，所述DC电源输入电路输出端分别连接PWM控制电路与恒流电路，所述PWM控制电路驱动控制恒流电路，所述恒流电路通过恒流反馈电路将反馈信号反馈给PWM控制电路。

其采用TL494IC集成芯片为核心的PWM控制电路，不仅能达到恒定电流驱动LED，使LED照明实现高稳定性、高可靠性、高使用寿命的目的，而且还可利用PWM技术，做到高效率、低损耗、小体积和低成本等优点，且因TL494芯片自身特性，外加少量元器件，便可组成小体积、高效率的降压型恒流开关电源驱动电路。

但相对而言，DC-DC转换式价格较高，需要专用的控制芯片和电感电容等外围结构，并存在高频振荡信号，从电磁兼容的观点来看，DC-DC转换式易于产生电噪声，亦会对周围的电器装置产生较强的电磁干扰。

考虑到在小电流的LED驱动控制领域，通过合理安排LED串的连接，消耗在降压电阻上的功耗本身就很小，如选用DC-DC转换式驱动电路并不能发挥其高效率的优势，反而在制造成本上增加很多，也存在电噪声超标的可能。由此迫切需要一种低成本的线性恒流驱动的控制方法及其控制电路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方法，其电路结构简洁，制造成本低廉，可避免DC-DC转换式驱动电路中负载断路故障时，出现负载输出电压持续升高以致烧毁电路器件的现象，特别适合于小电流汽车LED信号灯的线性恒流驱动。

本发明的技术方案是：提供一种汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方法，包括在直流电源和与之连接的汽车LED信号灯之间设置线性恒流控制模块，向汽车用LED信号灯提供线性恒流驱动，其特征是：其所述的线性恒流控制模块包括稳压单元、保护单元和执行单元；线性恒流控制模块的第一输入端与直流电源的正电源输出端连接，第二输入端接地；线性恒流控制模块的第一、第二输出端与汽车LED信号灯的两端分别对应连接；其中，在线性恒流控制模块的第一输入端，设置稳压单元；在线性恒流控制模块的第二输出端与地之间，串接受稳压单元输出电压控制的执行单元；在稳压单元的输出端设置保护单元；当所述线性恒流控制模块第一输入端的输入电压低于执行单元中调整元件的启动电压值时，执行单元的输入端与输出端之间断开，汽车LED信号灯没有驱动电压/驱动电流；当所述线性恒流控制模块第一输入端的输入电压高于执行单元中调整元件的启动电压值时，执行单元的输入端与输出端之间导通；此时，若线性恒流控制模块第一输入端的输入电压高于执行单元中调整元件的启动电压值且低于所述稳压单元的设定稳压值时，则受其控制的执行单元呈低电阻状态，直流电源的输出电压直接叠加到汽车LED信号灯的两端，汽车LED信号灯的负载电流与电源电压成正比变化，此时汽车LED信号灯工作在与电阻降压式驱动的情况相同的工作状态；若线性恒流控制模块第一输入端的输入电压高于执行单元中调整元件的启动电压值且超过所述稳压单元的设定稳压值时，稳压单元开始输出设定稳压值，汽车LED信号灯的负载电流恒定在设定电流值，其亮度也恒定，汽车LED信号灯工作在线性恒流驱动工作状态。

具体的，在所述汽车LED信号灯的工作电流低于线性恒流控制模块的设定电流值时，所述稳压单元不起作用，汽车LED信号灯的正向工作电流变化跟随线性恒流控制模块的输出供电电压线性变化。

当所述汽车LED信号灯的工作电流大于线性恒流控制模块的设定电流值后，稳压单元开始工作，汽车LED信号灯的工作电流不再跟随线性恒流控制模块的输出供电电压的增加而线性增加，其负载输出电流恒定，维持在汽车LED信号灯的设定电流值，汽车LED信号灯的亮度也恒定。

具体的，当所述直流电源的输出电压发生过压和/或汽车用LED信号灯发生短路故障时，所述的保护单元动作，切断线性恒流控制模块的输出电流。

其所述的线性恒流控制模块通过调整电路参数，设定恒定电流值，以适配不同亮度要求的汽车LED信号灯电路。

其所述的汽车LED信号灯为由多个LED串接构成的LED串或由单个LED构成的LED灯。

其所述的直流电源为常规电池类直流电源或PWM信号类的电源。

进一步的，所述的稳压单元包括稳压电路，其稳压电路的正电源输入端与直流电源的正电源输出端连接，构成线性恒流控制模块的第一输入端；稳压电路的正电源输入端与汽车LED信号灯的正端连接，构成线性恒流控制模块的第一输出端；稳压电路的输出端与保护单元中开关元件的输出端以及执行单元中调整元件的控制端连接。

所述的保护单元由开关元件和第一、第二电阻组成，其开关元件的输入端接地；开关元件的输出端与稳压电路的输出端连接；开关元件的控制端经第一电阻与执行单元中调整元件的输入端以及汽车LED信号灯的负端连接，构成线性恒流控制模块的第二输出端；开关元件的控制端同时还经过第二电阻接地。

所述的执行单元包括调整元件和第三电阻，其调整元件的控制端与开关元件的输出端和稳压电路的输出端连接，调整元件的输入端与汽车LED信号灯的负端连接，同时经第一电阻与开关元件的控制端连接，构成线性恒流控制模块的第二输出端；调整元件的输出端经第三电阻接地，构成线性恒流控制模块的第二输入端。

其中，在设定稳压单元的稳压值后，当稳压单元正电源输入端电压Vh小于设定稳压值时，稳压单元将Vh直接输出到其稳压单元输出端；当Vh大于设定稳压值时，稳压单元将设定稳压值输出到稳压单元输出端；

当经过第一电阻R1、第二电阻R2分压，加在开关元件控制端的电压Vf低于调整元件的启动电压值时，其开关元件的输入端和输出端之间断开，当Vf达到或超过调整元件的启动电压后，开关元件的输入端和输出端之间导通；

在调整元件的控制端电压Vb小于调整元件的启动电压值时，其调整元件的输入端和输出端之间断开，当Vb大于调整元件的启动电压值后，调整元件的输入端和输出端之间导通。

进一步的，所述调整元件的启动电压值小于汽车用LED信号灯的正向导通电压值和稳压单元的稳压电压值。

进一步的，在所述直流电源的正电源输出端与稳压电路的正电源输入端之间，串接设置一个防反接二极管。

与现有技术比较，本发明的优点是：

在LED信号灯工作电流低于设定电流值阶段，LED的正向工作电流变化跟随输入供电电压线性变化；当汽车LED信号灯的工作电流达到设定的LED正向工作电流后，为避免LED正向电流继续增长和LED亮度变化，通过恒流的方式将工作电流恒定在设定值，从而避免因大电流引起LED光衰，寿命缩短甚至烧坏LED，当LED负载电流大于设定值后，线性恒流控制模块工作，LED电流不再跟随供电电压的增加而线性增加，负载输出电流恒定，维持在LED的设定电流值，防止大电流对LED造成损坏。

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

其中，1为稳压单元，2为执行单元，3为保护单元，11为稳压电路，21为调整原件，31为开关元件，A为线性恒流控制模块

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1中，本发明所述之技术方案，在直流电源和与之连接的汽车LED信号灯之间设置了线性恒流控制模块A，向汽车用LED信号灯提供线性恒流驱动，其线性恒流控制模块A包括稳压单元1、保护单元3和执行单元2；线性恒流控制模块的第一输入端与直流电源的正电源输出端VCC+连接，第二输入端接地；线性恒流控制模块的第一、第二输出端与汽车LED信号灯的两端分别对应连接；

其中，在线性恒流控制模块的第一输入端，设置稳压单元1；在线性恒流控制模块的第二输出端与地之间，串接受稳压单元输出电压控制的执行单元3；在稳压单元的输出端设置保护单元2。

当线性恒流控制模块第一输入端的输入电压(即直流电源的正电源输出端电压VCC+，下同)低于执行单元中调整元件21的启动电压值时，执行单元的输入端与输出端之间断开，汽车LED信号灯没有驱动电压/驱动电流；当所述线性恒流控制模块第一输入端的输入电压高于执行单元中调整元件的启动电压值时，执行单元的输入端与输出端之间导通。

此时，若线性恒流控制模块第一输入端的输入电压高于执行单元中调整元件的启动电压值且低于稳压单元的设定稳压值时，则受其控制的执行单元呈低电阻状态，直流电源的输出电压直接叠加到汽车LED信号灯的两端，汽车LED信号灯的负载电流与电源电压成正比变化，此时汽车LED信号灯工作在与电阻降压式驱动的情况相同/类似的工作状态；

若线性恒流控制模块第一输入端的输入电压高于执行单元中调整元件的启动电压值且超过稳压单元的设定稳压值时，稳压单元开始输出设定稳压值，汽车LED信号灯的负载电流恒定在设定电流值，其亮度也恒定，汽车LED信号灯工作在线性恒流驱动工作状态。

进一步地，在汽车LED信号灯的工作电流低于线性恒流控制模块的设定电流值时，稳压单元不起作用，汽车LED信号灯的正向工作电流变化跟随线性恒流控制模块的输出供电电压线性变化。

当汽车LED信号灯的工作电流大于线性恒流控制模块的设定电流值后，稳压单元开始工作，汽车LED信号灯的工作电流不再跟随线性恒流控制模块的输出供电电压的增加而线性增加，其负载输出电流恒定，维持在汽车LED信号灯的设定电流值，汽车LED信号灯的亮度也恒定。

进一步地，当直流电源的输出电压发生过压和/或汽车用LED信号灯发生短路故障时，保护单元动作，切断线性恒流控制模块的输出电流。

进一步地，线性恒流控制模块通过调整电路参数，设定恒定电流值，以适配不同亮度要求的汽车LED信号灯电路。

其汽车LED信号灯为由多个LED串接构成的LED串或由单个LED构成的LED灯。

其直流电源为常规电池类直流电源或PWM信号类的电源。

具体的，稳压单元1包括稳压电路11，其稳压电路的正电源输入端h与直流电源的正电源输出端VCC+连接，构成线性恒流控制模块的第一输入端；稳压电路的正电源输入端与汽车LED信号灯的正端连接，构成线性恒流控制模块的第一输出端；稳压电路的输出端k与保护单元3中开关元件31的输出端d以及执行单元2中调整元件21的控制端b连接；

保护单元3由开关元件31和第一、第二电阻R1、R2组成，其开关元件的输入端e接地；开关元件的输出端d与稳压电路的输出端k连接；开关元件的控制端f经第一电阻R1与执行单元2中调整元件21的输入端a以及汽车LED信号灯的负端连接，构成线性恒流控制模块的第二输出端；开关元件的控制端同时还经过第二电阻R2接地；

执行单元2包括调整元件21和第三电阻R3，其调整元件的控制端b与开关元件31的输出端d和稳压电路11的输出端k连接，调整元件的输入端a与汽车LED信号灯的负端连接，同时经第一电阻R1与开关元件的控制端f连接，构成线性恒流控制模块的第二输出端；调整元件的输出端c经第三电阻R3接地，构成线性恒流控制模块的第二输入端；

当经过电阻R1、R2分压，加在开关元件控制端的电压Vf低于调整元件的启动电压值时，其开关元件的输入端和输出端之间断开，当Vf达到或超过调整元件的启动电压后，开关元件的输入端和输出端之间导通；

其调整元件的启动电压值远远小于汽车用LED信号灯的正向导通电压值和稳压单元的稳压电压值。

更进一步的，在所述直流电源的正电源输出端与稳压电路的正电源输入端之间，串接设置有一个防反接二极管D1。

下面将详细叙述线性恒流控制电路的工作原理。

一般情况，调整元件21的启动电压值远远小于LED的正向导通电压值和稳压电路1稳压时的电压值。

当线性恒流控制模块的输入电源电压低于调整元件21的启动电压值时，调整元件未启动，a端c端之间处于断开状态，没有负载电流输出，此时LED串也没有导通。

在线性恒流控制模块的输入电源电压大于调整元件21的启动电压值，小于稳压电路1设定的稳压值时，执行电路2的控制信号Vb就直接为稳压电路1的输入电压Vh，由于在调整元件21的启动时，LED串还没有完全正向导通，而a端c端之间的的导通电阻Rac很小，LED负载的电流就主要由降压电阻R3的值决定，这样负载电流随电源电压成正比变化，此时的工作方式近似为电阻降压式驱动的情况。

在线性恒流控制模块的输入电源电压大于稳压电路1设定的稳压值，稳压电路1开始输出设定稳压值，Vb电压值为稳压电路1输出的恒定稳压值，设图1中a、b、c三点的电压分别为Va、Vb、Vc。

由图1可见，负载LED与调整元件a、c端，电阻R3串联，故推导出LED负载电流I_LED的计算公式：

I_LED＝Vc/R3…………………………..公式1

根据执行电路特点，Vc＝AVb，A为常数，由选定调整元件决定的特点。由公式1可导出：

I_LED＝Vc/R3＝AVb/R3………….公式2

由公式2可见负载电流I_LED与输入电压和LED负载都没有关系。公式中的电参数值R3、Vb恒定时，I_LED即恒定。

在调整元件21选定后，常数A就确定了，R3、I_LED的值可以根据LED的亮度要求用电阻降压式驱动电路进行调整，在这些参数都选定后，根据公式2，稳压电路1的稳压值Vb也就确定了。

由于I_LED恒定，即使每个LED的正向导通压降不完全相同，电路的输出电压会在降压范围内根据负载实际情况做调整，即调整元件21的分压值会改变，以保证流过每个LED的电流恒定。

功率消耗是不能忽视的问题。由于在高电压阶段，电流恒定在设定值，根据功率等于电流与电压的乘积的方法推算，消耗在调整元件21和分流电阻R3上的功率是小于电流随电压线性增长的电阻降压式驱动方式的，特别是分流电阻R3的功率选取只要考虑常规的功耗即可，因此在成本控制和节能方面，线性恒流驱动具有一定优势。

当负载输出端短路时，保护电路3开始动作。电阻R1、R2实时监测加到执行电路2和R3上的电压降，由于LED负载短路不再分压，因而加到调整元件21和R3上的电压降猛增，超出预期设定值后，启动保护电路3动作，将d端和e端导通，这样执行电路2控制信号Vb被拉低，执行电路2的a、c端断开，切断输出负载电流。只有在故障解除，保护电路3在监测到加在调整元件21和R3上的电压降回到正常范围后，恢复以前正常工作。故不会发生稳压式驱动中负载短路故障时，出现驱动电路过流而烧毁电路器件的现象。

当输入电源电压超过规定电压值时，由于LED负载具有二极管特征，在正向导通后分压基本不变，因而加到调整元件21和R3上的电压降随输入电源电压增加，超出预期设定值后，同样会启动保护电路3动作，使执行电路2的a、c端断开，切断输出负载电流，避免了输入电源过压时对电路的损坏。

当负载输出端断路时，负载输出通路断开，由于是线性恒流，电路中没有大电流通过，故不会发生DC-DC转换式驱动电路中负载断路故障时，出现负载输出电压持续升高以致烧毁电路器件的现象。

鉴于上述稳压电路、调整元件以及开关元件均为现有技术，其具体工作原理和连接方式在此不再叙述，本领域的技术人员，只要领会和掌握了本技术方案的发明要点和改进思路后，完全可以不经过创造性的劳动，再现本技术方案，得到相同或相近似的技术效果。

由于本发明提供的线性恒流驱动电路，在LED信号灯工作电流低于设定电流值阶段，LED的正向工作电流变化跟随输入供电电压线性变化；当汽车LED信号灯的工作电流达到设定的LED正向工作电流后，通过恒流的方式将工作电流恒定在设定值，从而避免因大电流引起LED光衰；当LED负载电流大于设定值后，线性恒流控制电路工作，LED电流不再跟随供电电压的增加而线性增加，负载输出电流恒定，防止了大电流对LED造成损坏。

本发明可广泛用于汽车用LED照明领域。

Claims

1.一种汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方法，包括在直流电源和与之连接的汽车LED信号灯之间设置线性恒流控制模块，向汽车用LED信号灯提供线性恒流驱动，其特征是：

其所述的线性恒流控制模块包括稳压单元、保护单元和执行单元；

线性恒流控制模块的第一输入端与直流电源的正电源输出端连接，第二输入端接地；线性恒流控制模块的第一、第二输出端与汽车LED信号灯的两端分别对应连接；其中，

在线性恒流控制模块的第一输入端，设置稳压单元；

在线性恒流控制模块的第二输出端与地之间，串接受稳压单元输出电压控制的执行单元；

在稳压单元的输出端设置保护单元；

当所述线性恒流控制模块第一输入端的输入电压低于执行单元中调整元件的启动电压值时，执行单元的输入端与输出端之间断开，汽车LED信号灯没有驱动电压/驱动电流；

当所述线性恒流控制模块第一输入端的输入电压高于执行单元中调整元件的启动电压值时，执行单元的输入端与输出端之间导通；

此时，若线性恒流控制模块第一输入端的输入电压高于执行单元中调整元件的启动电压值且低于所述稳压单元的设定稳压值时，则受其控制的执行单元呈低电阻状态，直流电源的输出电压直接叠加到汽车LED信号灯的两端，汽车LED信号灯的负载电流与电源电压成正比变化，此时汽车LED信号灯工作在与电阻降压式驱动的情况相同的工作状态；

若线性恒流控制模块第一输入端的输入电压高于执行单元中调整元件的启动电压值且超过所述稳压单元的设定稳压值时，稳压单元开始输出设定稳压值，汽车LED信号灯的负载电流恒定在设定电流值，其亮度也恒定，汽车LED信号灯工作在线性恒流驱动工作状态。

2.按照权利要求1所述的汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方法，其特征是在所述汽车LED信号灯的工作电流低于线性恒流控制模块的设定电流值时，所述稳压单元不起作用，汽车LED信号灯的正向工作电流变化跟随线性恒流控制模块的输出供电电压线性变化；

3.按照权利要求1所述的汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方法，其特征是当所述直流电源的输出电压发生过压和/或汽车用LED信号灯发生短路故障时，所述的保护单元动作，切断线性恒流控制模块的输出电流。

4.按照权利要求1、2、或3所述的汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方法，其特征是所述的线性恒流控制模块通过调整电路参数，设定恒定电流值，以适配不同亮度要求的汽车LED信号灯电路。

5.按照权利要求1、2或3所述的汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方法，其特征是所述的汽车LED信号灯为由多个LED串接构成的LED串或由单个LED构成的LED灯。

6.按照权利要求1、2或3所述的汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方法，其特征是所述的直流电源为常规电池类直流电源或PWM信号类的电源。

7.按照权利要求1、2或3所述的汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方法，其特征是所述的稳压单元包括稳压电路，其稳压电路的正电源输入端与直流电源的正电源输出端连接，构成线性恒流控制模块的第一输入端；稳压电路的正电源输入端与汽车LED信号灯的正端连接，构成线性恒流控制模块的第一输出端；稳压电路的输出端与保护单元中开关元件的输出端以及执行单元中调整元件的控制端连接；

所述的保护单元由开关元件和第一、第二电阻组成，其开关元件的输入端接地；开关元件的输出端与稳压电路的输出端连接；开关元件的控制端经第一电阻与执行单元中调整元件的输入端以及汽车LED信号灯的负端连接，构成线性恒流控制模块的第二输出端；开关元件的控制端同时还经过第二电阻接地；

所述的执行单元包括调整元件和第三电阻，其调整元件的控制端与开关元件的输出端和稳压电路的输出端连接，调整元件的输入端与汽车LED信号灯的负端连接，同时经第一电阻与开关元件的控制端连接，构成线性恒流控制模块的第二输出端；调整元件的输出端经第三电阻接地，构成线性恒流控制模块的第二输入端；

8.按照权利要求1、2或3所述的汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方法，其特征是所述调整元件的启动电压值小于汽车用LED信号灯的正向导通电压值和稳压单元的稳压电压值。

9.按照权利要求1、2或3所述的汽车用LED信号灯的线性恒流驱动方法，其特征是在所述直流电源的正电源输出端与稳压电路的正电源输入端之间，串接设置一个防反接二极管。