1、XXXX 学院毕业设计（论文）汽车照明控制系统的设计学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 指导老师： 自动化与电子信息学院二 O 一二年六月xx：汽车照明控制系统的设计I摘 要通过分析 LED 对日益严峻的能源危机和发展迅速的汽车产业产生的影响，提出了基于单片机的 LED 汽车照明控制系统的方案。本次设计包括了电源模块设计、传感器模块设计、控制模块设计、驱动模块设计和灯光模块设计共五个部分。本次设计的核心功能是依据外界的光线强度来自动调整前照灯的亮度。在供电正常的情况下，传感器将采集的光照强度信息传送给单片机，信息经过单片机处理后直接送往驱动模块，然后再驱动 LED 工作。此设计的优点在于使
2、用的单片机能够自己编程实现智能控制；驱动模块能够在汽车在电源不稳定的情况下使灯光模块的驱动电流恒定，防止电流对LED 造成损害；灯光模块使用的是 LED，其优点是发光效率高、启动性好、反应速度快、能耗低、寿命长等。在设计中使用软件对系统进行了仿真，证明了在外界光照强度变化的情况下控制模块的输出信号会随着改变，PWM 信号传送给驱动模块后驱动电流也跟着改变，证实了此设计的可行性。关键词：LED;汽车照明系统;LED 驱动电路;自动控制xx 理工学院本科毕业（设计）论文IIABSTRACTThrough the analysis of the severe LED energy crisis an
3、d the rapid development of the auto industry, the impact is put forward based on the single chip microcomputer LED lighting control system scheme of the car. This design including the power module design, sensor module design, control module design, driving module design and light module design of f
4、ive parts. The design is based on the core function of external light intensity to automatically adjust light intensity. Under normal operation of the power supply, the sensor will acquisition of the intensity information transfer to the microcontroller, single chip after processing information dire
5、ctly to the driver modules, and then drive LED work. This design is to use the advantages of the single chip microcomputer to make their own programming realize intelligent control; Driver module cannot stable power supply in car in the light of the module drive current constant, prevent the current
6、 for LED cause damage; Light module USES is LED, its advantage is high luminous efficiency, start the gender is good, reaction speed, low energy consumption, long life and so on. In the design of the system software used in the simulation, the proof in the outside world light intensity change contro
7、l module as the output signal of change, PWM signals to drive after module drive current also follow change, confirmed the feasibility of this design.Keywords: LED; Automobile Lighting System; The LED Drive Circuit; Automatic Controlxx：汽车照明控制系统的设计目录摘 要 .IABSTRACT.II第 1 章 引 言 .11.1 汽车照明系统的发展 11.2 能源危
8、机与 LED21.3 汽车产业与 LED3第 2 章 照明系统的总体设计 52.1 系统的功能及构成 52.2 照明系统工作原理 6第 3 章 照明系统硬件设计 73.1 照明系统硬件总体设计 .73.2 系统供电模块 73.3 光照强度传感器 93.4 主控芯片设计 103.5 LED 及其驱动器设计 123.5.1 LED 简介 .123.5.2 LED 驱动方案 .143.6 LED 灯的选型 19第 4 章 系统程序设计 224.1 系统主程序设计 224.2 软件介绍 234.2.1 Proteus 软件介绍 .234.2.2 MPLAB IDE 简介 .244.2.3 PIC 单片
9、机 C 语言编程简介 244.2.4 Hi-Tech PICC 的 C 语言开发工具简介 .254.2.5 MPLAB-IDE 内挂接 PICC 264.2.6 LTspice IV 简介 264.3 基于 PICC 的 C 语言源程序编写 .27第 5 章 系统仿真与调试 285.1 微控制器仿真设计 285.2 驱动电路仿真设计 29第 6 章 结束语 .32致 谢 33参考文献 34附录 A35附录 B39xx 理工学院本科毕业（设计）论文IIxx：汽车照明控制系统的设计1第 1 章 引 言 1.1 汽车照明系统的发展汽车前照灯系统的发展经历了多个阶段:从最初的煤油灯发展到白炽灯 ;然后
10、发展到抛物面卤钨前照灯、自由曲面卤钨前照灯和投射系统前照灯;上世纪九十年代中期出现了以气体放电灯为光源的投影系统前照灯和自由曲面前照灯系统。汽车前照灯系统的每一个发展阶段都蕴含着对行车安全的不断追求(行车安全涉及的要素主要包括驾驶员、行人对面方向道路使用者、甚至交通信号标志等)。提高行车安全的方式为:(1)规定车辆前照灯照明根据道路状况使用近光和远光灯。近光为非对称光,在正常行车时使用;远光在不影响其它道路使用者时使用, 即灯光的使用不能造成光污染。(2)提高光的利用率。例如:使用相同的光源,自由曲面系统前照灯将光的利用率从抛物面自由曲面系统的 25%左右提高到了 40%以上(投影系统前照灯的
11、光利用率比自由曲面系统稍低,但使光型处于更加可控的状态)。(3)提高光源的光通量,例如气体放电灯光源的光通量比卤钨灯提高了 3 倍,且光色更接近日光。此外放电灯比传统的卤钨灯节能 2/3 以上。(4)在使用气体放电灯的同时,必须装备自动调光系统(该系统保证近光灯在车加速减速、上坡下坡等各种变化的轴载荷条件下,灯光一直保证在设定的同一高度)和大灯清洗系统( 该系统保证对大灯随时清洁,避免其对驾驶员和其它道路使用者造成眩光,即光污染)。然而,这还远远不够,众所周知,作为行车灯的近光,只能工作在一种模式,即一种固定的光型下,但是,实际的道路使用状况、环境状况、气候状况等等情况非常复杂。比如:岔路口很
12、多的乡间小路、弯道状况、路口转弯状况、在高速路上驾驶、在国道上驾驶雨雾天气、红绿灯和交通指示牌的识别等等。也正是这种复杂的道路环境和天气状况,使得交通安全仍然存在巨大的隐患。统计表明,在欧洲那些车辆使用规范、车辆安全要求和驾驶员素质最高的国度,由于照明引起的交通事故(即如果在白天或者照明条件好则完全可以避免的交通事故)达到 30%以上,造成的损失可想而知。再加上在路上行驶的车辆日益增多、老年驾驶员的增多以及允许驾驶员驾驶年龄的延长(欧洲允许驾驶到 70 岁,xx 理工学院本科毕业（设计）论文2老年人的视力和反应速度明显下降)等等诸多因素使得行车安全问题更加突出。在这种条件下,智能型前照灯系统的
13、诞生显得尤为重要。1.2 能源危机与 LED近年来，随着能源形势的急剧变化，全球能源安全问题越来越受到国际社会的广泛关注。尽管各国对能源安全的理解和各自的战略目标不尽一致，但随着全球化的深入和能源相互依赖的加深，全球能源安全问题已成为影响未来国际能源形势发展的重要趋势。我国是能源生产和消费大国，我国今后的能源供求关系将对世界能源格局产生较大影响。必须从宏观的、长远的观点来研究和把握我国的能源问题，以确保现代化建设有长期足够的能源供应 1。目前我国单位产值能耗是世界平均水平的 3.8 倍，如果把单位产值能耗降低到日本当今的水平，就可能在今后 40 至 50 年内不增加能源消耗量。我国著名能源学科
14、专家、中国科学院院士徐建中从战略高度提出了解决我国能源问题的长效机制。他认为，靠单一措施不可能长效解决我国能源问题。他提出了“ 一个中心，两个基本点” 的观点，即以努力推进节能和科学用能为指导思想和核心;抓紧石化燃料的洁净技术和煤炭的多联产技术以及石油、天然气的勘探、开采与利用;大力开发可再生能源和新能源 2。在照明节能方面，徐建中特别强调了 LED(被誉为“ 半导体照明工程”)的重要作用。他断言，LED 必将是未来照明光源的发展趋势。美国 2000 年制定的“ 下一代照明计划 ”被列入了能源法案，计划从 2000-2010 年，投资 5 亿美元，用 LED 取代 55%的白炽灯和荧光灯，预计
15、到 2025 年，固态照明光源的使用将使照明用电减少一半，每年节电额达 350 亿美元，形成一个每年产值超过 500亿美元的半导体照明产业市场 3。继美国的“下一代照明计划” ，日本的“21 世纪照明计划”，欧盟的 “彩虹计划”和韩国的“固态照明计划”后，2003 年我国成立国家半导体照明工程小组，旨在整合资源、快速推进 LED 进入照明市场。据中国工程院院士陈良惠预测，我国在 2005-2015 年间，半导体照明可累计节能 4000 亿度电，为用户节约 2600亿元的电费支出，创造 1500 亿元产值，解决 100 万人口的就业。我国照明用电每年在3000 亿度以上，用 LED 取代全部白炽
16、灯或部分取代荧光灯，可以节省 1/3 的照明用电，就意味着可以节约 1000 亿度，相当于三峡工程全年的发量。在能源日益短缺的背景下，利用 LED 的节能特点，开发 LED 照明正是对政府提出的建设节约型社会的积极响应。xx：汽车照明控制系统的设计3半导体照明由于技术的先进性和产品使用的广泛性，己经被广泛认为是最具发展潜力的高技术领域之一。半导体照明产业具有明显的节能和环保的效果，被认为是一个战略性的高技术产业。近年来我国在发光二极管(LED)技术方面不断取得突破，应用越来越广泛，特别是“ 国家半导体照明工程 ”的正式启动，标志着中国高亮度 LED 产业进入加速发展的新阶段，为 LED 产业发
17、展提供了良好契机。1.3 汽车产业与 LED随着我国经济的迅速增长，人民收入的增加和生活水平的提高，对汽车需求量在迅速增加。中国汽车工业协会发布了 2010 年汽车产销整体状况，全年汽车产销量分别达到 1826.47 万辆和 1806.19 万辆，同比增长 22.3%和 17.9%。汽车产销双双超过 1800万辆，创新高，稳居全球产销第一。2011 年，汽车产销 1841.89 万辆和 1850.51 万辆，同比增长 0.84%和 2.45%。中国汽车工业将像 20 世纪 90 年代以来中国电讯工业一样高速发展，成为中国工业的强大支柱。汽车产业将成为带领中国经济迈入新阶段的最有影响的产业之一。
18、汽车产业的蓬勃兴起，带动了汽车零部件技术的快速发展，各种新技术层出不穷。随着现代汽车的外形越来越流线、简洁和轻盈，要求汽车前照灯体积越来越小:同时车速的进一步提高，也使汽车灯具朝着更高的照明效率、更广泛的照明适应性、更节能、环保和安全的方向发展。采用 LED 作为汽车前照灯的光源有不少独特的优势，除了几乎无启动时间(即点即亮，而氨气灯需要 4 秒钟达 80%的全光通输出)和低电压带来的电气安全、寿命长外，特别是它由若干个 LED 组成一个灯具，使灯具的外形具有极大的可塑性，它可以融合到更新的现代汽车设计理念中，为创造新的车型，满足用户个性化需求提供更好的技术基础与物质保证。LED 以其体积小、
19、寿命长、能耗低、耐震动、启动时间快等优势已经成为新一代汽车光源技术的首选。从 1985 年 LED 被应用于汽车信号灯上以来， LED 已经陆续被应用在汽车内外车灯等领域。2005 年全球汽车照明用 LED 市场规模达 5.3 亿美元。到 2006 年，LED 己经可以应用到前照灯外的汽车所有照明器件上，超过 50%的新车款将 LED 应用到汽车照明系统中，市场规模则超过了 6.5 亿美元至 2011 年我国 LED 产业产值达 1540 亿元，xx 理工学院本科毕业（设计）论文4同比增长 22%，产量同比增长 50%。预计 2012 年在照明产品的带动下，行业产值有望达到 2000 亿元，同
20、比增长 30%。为拓展 LED 在汽车领域的应用市场以及在未来车灯市场上抢占先机，近年来全球各大灯具公司都对大功率白光 LED 在汽车前照灯上的应用研究投入了大量人力、物力、财力，并陆续推出以白光 LED 为前照灯光源的车型。其中全新奥迪 A6L 便采用 LED 前照灯与尾灯设计。大功率白光 LED 在汽车前照灯上的应用将成为车用 LED 市场增长的重中之重。我国汽车工业正处于大发展时期，是推广超高亮度 LED 的极好时机，开发 LED 汽车前照灯对于推动我国汽车工业的发展意义重大。xx：汽车照明控制系统的设计5第 2 章 照明系统的总体设计2.1 系统的功能及构成自上世纪 90 年代白色 L
21、ED 的出现开始,其亮度增大趋势是如此之快,以至于我们都把它们视为 21 世纪的光源。现在我们使用白色 LED 作为汽车前照灯的光源,这样它们的优越性就可以得到充分的展示。这种新系统比通常使用的卤钨灯要明亮,与 HID 头灯的亮度差不多。但是考虑到 LED 光源特有的优越性 ,比如重量轻、安装深度小、耗能低、寿命更长、没有环境污染等,它们的确更适合作为下一代汽车前照灯系统的光源 4。基于此，使用 LED 作为汽车照明控制系统的一部分更符合绿色环保的观念,此系统有以下功能：在手动开启照明系统后，系统通过获取光照强度传感器的输出信号，判断当前行驶状态下的外界光照环境，并对汽车 LED 前照灯进行亮
22、度调节，使系统能够在外界光量不足的时，自动提升前照灯亮度，外界光量充足时自动降低前照灯亮度以节约能源。基于单片机的 LED 照明控制系统主要由获取必要汽车照明亮度的传感器模块、微控制器模块、驱动模块、LED 模块以及电源模块等部分组成。系统结构示意图如下：传感器 微控制器 L E D 驱动 车灯温度检测电源图 2.1 系统结构示意图xx 理工学院本科毕业（设计）论文62.2 照明系统工作原理打开系统后，安装在汽车前部的亮度传感器采集到外部的光照亮度，通过其中的转换电路和调理电路把采集到的亮度信号转换成 4-20mA 的标准电流信号。当 AN1 或AN2 输入为高电平，即开启远光灯或近光灯时，开
23、启 A/D 转换。传感器输出端与微控制器的 AN0 端相连，即接入到模拟信号输入端，微控制器内置的 A/D 能够把标准的模拟信号转换为数字信号，以便于微控制器处理。微控制器根据得到的数字信号和编入其中的程序的值相比较，算出需要的 PWM 占空比的大小。 PWM 信号输出端连接到LED 驱动模块的信号输入端上，驱动模块通过接收到的 PWM 信号来调节驱动电流的大小。驱动电流直接作用到 LED 上，以控制 LED 灯的亮度。LED 在工作中会发热，会影响到 LED 的亮度。为了解决这一问题，在驱动电路中的模拟调光端使用了 NTC 热敏电阻，将 NTC 与 LED 安装到一起，随着 LED 的温度升
24、高 NTC 阻值会变大，驱动电路的模拟调光端电流减小，从而使 LED 的驱动电流减小以降低 LED 端的温度，使 LED 处于正常工作状态。xx：汽车照明控制系统的设计7第 3 章 照明系统硬件设计3.1 照明系统硬件总体设计亮度传感器将探测到得信号发送给 PIC16f877 微控制器，微控制器根据信号判断亮度状况，并发送 PWM 信号控制 LED 驱动电路进行相应调整，以实现系统功能。系统的整体控制方案如图 3-1 所示：亮度传感器P I C 1 6 F 8 7 7L T 3 7 5 5L E D 驱动L E DA / DP W M温度反馈电源图 3-1 系统硬件总设计框图3.2 系统供电模
25、块电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，需求日益增加，而且对电源的功能、稳定性等各项的指标也提出了更高的要求。本系统需要为微控制器和传感器提供恒定的电压，才能保证系统的正常工作。其中微控制器使用 5V 直流电源，传感器使用的是 12V 直流电源。蓄电池在停车熄火时正常电压为 12V 左右，而正常工作时充电压为 14.3 伏，在启动发动机的几秒时间内电压会变的较低，从而影响汽车上其它用电部件的正常工作，因而就需要使用电源稳压模块来使汽车在上述情况时稳定电压。三端稳压集成电路 lm7805 和 lm7812。电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的 lm78 系列和负电压输出的 l
26、m79系列。顾名思义，三端 IC 是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。用lm78/lm79 系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压 ICxx 理工学院本科毕业（设计）论文8型号中的 lm78 或 lm79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 lm7806 表示输出电压为正 6V，lm7909 表示输出电压为负 9V。在汽车发动之后，电源从蓄电池自动切换到发电机电源。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不
27、用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。7805IC 封装图如图3-2 所示。图 3-2 7805IC 封装图图中的引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的。这样标注便于记忆。引脚 为最高电位， 脚为最低电位，脚居中。从图中可以看出，不论正压还是负压， 脚均为输出端。对于 lm78*正压系列，输入是最高电位，自然是脚，地端为最低电位，即 脚，如图 3-2 所示。控制系统中 LM7805/LM7812 的电路图 3-3 所示：图 3-3 LM7805/LM7812 的电路图Input 为电压输入端，Output 为电压输出端，GND 为接地端。电路图中的xx：汽车照明控制系统
28、的设计90.33uF，0.1uF 的电容是旁路电容，作用是抑制电路中可能产生的自激振荡，尽量放在管脚根部，其中引脚 Input 的电容大于引脚 Output 的电容，是为了防止 Input 处的电容漏电时，放电速度大于 Output 处（输出端）的速度，导致稳压器倒置而损坏，二极管是为了当有强电磁干扰使“地线电平” 高于输出电平，使稳压器内部晶体管反向偏置而损坏设立的，这样经可以使压差在 0.7V 左右而不至于损坏。 GND 端直接接地，输入端接入汽车的 12V 蓄电池，发动机启动后使用的是汽车的发电机供电电压为14.3V。LM7805 输出 5V 电压，为微控制器供电；LM7812 输出 1
29、2V 电压，为传感器供电。3.3 光照强度传感器当外界亮度变化的时候，前照灯需要的亮度也需要跟着变化。外界光照强度低的时候，相应得到的灯光亮度就高；外界光照强度高的时候，相应得到的灯光亮就低，以达到合适的亮度为宜。从而达到节约能源的目的。在采集外界光照强度的时候就需要用到光照强度传感器了，它能够把采集到的信号转换为标准的输出信号，传输给主控芯片以达到自动调整光照强度的目的，传感器在将光照强度转换成标准输出信号的时候，其照度与输出电流几乎是线性关系。光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个 PN 结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN 结面积尽
30、量做的大一些，电极面积尽量小些，而且 PN 结的结深很浅，一般小于 1 微米。光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于 0.1 微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入 PN 结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光敏二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。RY-G/N 型光照度传感器采用进口硅光
31、电池及先进信号处理技术开发变送器输出，用于实现对环境光照度的测量，针对不同的领域开发出多种量程，输出标准的电流或电压信号，外观美观，安装简单，密封性好。xx 理工学院本科毕业（设计）论文10RY-G/N 型光照度传感器参数如下：量 程：100-2000 / 20K/ 200Klux供电电压：DC12V输出信号：4-20mA精 度：3%安装方式：标准安装孔RY-G/N 型光照度传感器电路图如图 3-4 所示:图 3-4 RY-G/N 型光照度传感器电路图3.4 主控芯片设计微控芯片是汽车电控装置的大脑，负责采集传感器的信号、运算并发送指令控制系统的其他部分工作，其性能的高低与否直接影响着整个电控
32、装置的运行结果。因此选择一个合适高效的微控芯片是个至关重要的问题。微控芯片的选择主要考虑两个方面:微控芯片的性能和微控芯片的价格，芯片的性能必须满足系统的要求，而芯片的价格也必须考虑销售市场的因素将芯片价格控制在一定的范围内。在选择微控芯片时首先应对该产品进行市场调查确定该微控芯片的价格范围，然后再在此范围中挑选拥有能够满足系统要求的性能的微控芯片。由于汽车产品的特殊性，其相关电子产品的技术必须成熟可靠且具有高度的安全保证，且目前微控芯片的价格相对较低，所以在考虑微控芯片的选型时通常优先选用高性能的芯片作为系统的主控单元。本系统采用 Microchip 公司推出的 PIC16F87X 系列中的
33、 PIC16F877 作为主控芯片，PIC16F877 基于哈弗结构，其指令字节为 14 位，采用精简指令集 (RISC)技术。PIC16F87 芯片内部包含 3 个定时器、8 通道 10 位 A/D 转换器、2 路 PWM 脉冲输出、xx：汽车照明控制系统的设计11看门狗、SPI 总线接口等，资源比较丰富，能满足紧凑、稳定的设计要求 5。PIC16F877 芯片的引脚图如图 3-5 所示：图 3-5 PIC16F877 芯片的引脚其外围特征：Time0：带有预分频器的 8 位定时器/计数器Time1：带有预分频器的 16 位定时器/计数器，在使用外部晶体振荡时钟时，在Sleep 期间仍能工作
34、Time2：带有 8 位周期寄存器，预分频器和后分频器的 8 位定时器/ 计数器2 个捕捉器，比较器，PWM 模块其中：捕捉器 16 位，最大分辨率为 12.5ns比较器是 16 位，最大分辨率为 200nsPWM 最大分辨率是 10 位10 位多通道模块/数据转换带有 SPI 和 I2C 模式的 SSP带有 9 位地址探测的通用同步异步接受/发送器xx 理工学院本科毕业（设计）论文12带有 RD，WR 和 CS 控制 8 位字宽的并行从端口带有降压复位的降压检测电路PIC16F877 在系统中的接线图如图 3-6 所示：图 3-6 PIC16F877 在系统中的接线图在控制系统中主要使用了
35、PIC16F877 的以下引脚： OSC1，外部时钟源输入，接入的 4.7k 电阻和 22pF 的电容构成一个自激多谐振荡器，震荡频率约为4MHz； MCLR/Vpp 是人工复位输入端，低电平有效； RA 端口在基本输入/输出的功能基础上，复合了模/数转换器的模拟量输入功能。RA0 作为模拟量输入，RA1、 RA2、 RA3 分别为远光灯、近光灯和刹车灯输入信号；VDD 为电源输入端，为提高抗干扰能力和可靠性通常在正负电源之间，跨接 2 只一大一小的电容器；VSS 为接地端；RC1 和 RC2 分别为远光灯与近光灯的 PWM 输出信号；RC3 为刹车灯的控制信号。3.5 LED 及其驱动器设计
36、3.5.1 LED 简介3.5.1.1 LED 的发展史1882 年，爱迪生发明了电灯（白炽灯），标志了人造光源的诞生。人造光源经历xx：汽车照明控制系统的设计13了白炽灯（第一代）、荧光灯（第二代）、气体放电灯（第三代）和 20 世纪 60 年代开始出现并在 90 年代获得突破的第四代照明光源发光二极管。白炽灯工作原理是灯泡中的钨丝通电后受热激发灯泡中的气体而发光，其体积小，成本低，显色性好，色温低（偏暖），启动性能好，工作电压范围宽，便于调节。但其发光效率较低，寿命也较短。气体放电灯的发光原理是利用两电极间的气体受电子激发而发光。荧光灯即属于低压气体放电灯，是目前室内照明的主要光源。它的光
37、效较高，寿命较长，显色性好，色温范围宽。但亮度可调性不如白炽灯方便。高压气体放电灯也叫高强度气体放电灯主要包括高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等。这些灯光效高、显色性好、发光集中，广泛应用于大型场所照明和车用照明领域。LED 的发展经历了三个阶段。20 世纪 60 年代末，在砷化镓（GaAs）基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED，发光效率仅为 0.11lm/W（流明每瓦）。70 年代中期，磷化镓（GaP）被使用，LED 可发出灰白绿黄光。80 年代早期到中期使用砷化镓磷化铝（AlP）制造了第一代高亮度的 LED。1993 年日本在蓝光 LED 技术获得突破。 1998 年白光 LED
38、研发成功，它以氮化镓（GaN ）蓝光为核心，配合添加三价铈离子(Ce3 )的钇铝石榴石（YAG）黄色荧光粉制成。利用这种技术可以制造出任何颜色的可见光甚至纯紫外光等不可见光。4.5.1.2 LED 的结构发光二极管的基木结构是一块电致发光的半导体材料，由引线导电，采用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，并形成透镜，进行聚光 6。LED 结构图如图 3-7所示：图 3-7 LED 结构图LED 的核心部分是由 P 型半导体和 N 型半导体组成的晶片，在 P 型半导体和 N 型xx 理工学院本科毕业（设计）论文14半导体接触部位形成 PN 结。在某些半导体材料的 PN 结中，注入的少数载流子与多
39、数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能 7。PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从 LED 阳极流向阴极，半导体晶体就会发出紫外到红外不同颜色的光。3.5.2 LED 驱动方案为了确保最佳的性能和长久的工作寿命，LED 需要一个有效的驱动电路。这些驱动电路必须能够从相当苛刻的汽车电源总线获取工作电源，而且还应兼具成本和空间“效益性“.为了维持其长久的工作寿命，一定不得超过 LED 的电流和温度限值。LED 驱动用恒流源主要是保证 LED 在发光的
40、工作时间段光线亮度一致、不闪烁. LED 驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动 LED 发光的电压转换器，通常情况下：LED 驱动电源的输入包括市电、低压直流、高压直流、低压高频交流等。而 LED 驱动电源的输出则大多数为可随 LED 正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。根据电网的用电规则和 LED 驱动电源的特性要求，在选择和设计 LED 驱动电源时要考虑的内容包括：可靠性、效率、驱动方式、浪涌保护以及功率因数、驱动电源的寿命、安装规格和电磁兼容要求等方面 8。3.5.2.1 驱动芯片简介针对汽车电源的波动性，以及 LED 对电流恒定的需求，选用 LT3755 恒流 LED驱动芯
41、片。LT3755 是凌力尔特公司(Linear Technology Corporation)推出的 60V、高压侧电流检测 DC/DC 转换器，该器件为驱动 大电流 LED 而设计。4.5V 至 40V 的输入电压范围使其适用于多种应用，如汽车、工业和建筑照明。LT3755 使用外部 N 沟道MOSFET，可以用标称 12V 的输入驱动多达 14 个 1A 的白光 LED，提供超过 50W 的功率。该器件具高压侧电流检测，能够用在升压、降压、降压-升压或 SEPIC 和反激式拓扑中。LT3755 在升压模式可以实现高于 94%的效率，从而无需任何外部散热措施。频率调节引脚允许用户在 100k
42、Hz 至 1MHz 范围内对频率编程，从而优化了效率，同时最大限度地减小外部组件的尺寸并降低成本。LT3755 采用 3mm3mm C，可组成非常紧凑的 50W LED 驱动器解决方案 。 LT3755 采用 True Color PWMTM 调光，以高达 3000:1 的调光范围实现恒定 LEDxx：汽车照明控制系统的设计15色彩。就要求不那么苛刻的调光需求而言，CTRL 引脚可以用来提供 10:1 的模拟调光范围。其固定频率、电流模式架构允许在宽电源和输出电压范围内稳定工作。FB 引脚上以地为基准的电压，用作 LED 保护功能的输入，使该转换器可以作为恒定电压源工作。 LT3755 性能概
43、要： 3000:1 True Color PWM 调光；宽输入电压范围： 4.5V 至40V；输出电压高达 60V；恒定电流和恒定电压调节；100mV 高压侧电流检测；以升压、降压、降压- 升压模式、SEPIC 或反激式拓扑驱动 LED；可调频率：100kHz 至1MHz； 具迟滞的可编程欠压闭锁；开路 LED 状态引脚(LT3755)；频率同步(LT3755-1) ；PWM 断接开关驱动器；CTRL 引脚提供模拟调光；低停机电流：1uA；可编程软启动；耐热增强型 16 引线 QFN(3mm3mm)封装3.5.2.2 驱动芯片结构LT3755-2 芯片如图 3-8 所示：图 3-8 LT375
44、5 驱动芯片LT3755 的各引脚功能：VREF：参考电压输出引脚，通常为 2V。这个引脚可以通过一个电阻分压器驱动CTRL 引脚。可以提供高达 100A 的电流。PWM：开关使能、模拟和 PWM 调光端。 PWMOUT 引脚连接着 PWM 引脚。 PWM 有一个内部下拉电阻。如果不使用，则连接到 INTVCC 引脚。OPENLED ：该引脚需要一个外部上拉电阻。当 PWM 输入为低电平、DC/DC 转换器处于空闲状态时，OPENLED 引脚锁存上一次 PWM 输入为高电平时的有效状态。xx 理工学院本科毕业（设计）论文16当 PWM 输入再次为高电平时， OPENLED 引脚将被更新。该引脚
45、可用于报告 LED的开路故障。SS：软启动引脚。该引脚用于调节振荡器频率和补偿引脚 VC 的电压。软启动间隔由一个外部电容器设置。该引脚有一个 10A（典型）的上拉电流源。在欠压条件（检测 SHDN/UVLO 引脚）或限热条件下，SS 引脚复位到 GND。 RT：开关频率调节引脚。使用接地电阻设置频率。不能让 RT 引脚开路。SHDN/UVLO ：关闭和欠压检测引脚。INTVCC：为内部负载、栅极驱动和 PWMOUT 驱动提供稳压电源由 VIN 供应，调节至 7V（典型值）必须连接一个 4.7F 的旁路电容。如果 VIN 总是小于或等于 7V， INTVCC 直接与 VIN 相连。VIN：输入
46、电源引脚。必须连接一个 0.22F（或更大）的旁路电容。 SENSE：控制回路的电流检测引脚。此引脚与开关电流检测电阻，RSENSE 的一端与 NFET 的源极相连。检测电阻另一端连接到 GND。GATE：N 沟道 FET 的栅极驱动输出引脚。PWMOUT： PWM 信号的缓冲输出。该引脚还具有 FB 过压条件下的保护功能。 FB：电压回路反馈引脚。 FB 用于恒定电压调节和 LED 开路检测。通过 DC/DC 转换器，内部跨导放大器调节 FB 至 1.25V（额定）ISN：与电流反馈电阻负端连接。输入偏置电流典型值为 20A。3V 以下时，ISN通过置 GATE 为 0V 来达到短路电流保护
47、。ISP：与电流反馈电阻正端连接。该管脚输入偏置电流典型值为 30A。小于 3.1V时， ISP 具有短路电流保护功能。VC：跨导误差放大输出引脚，用于稳定与一个带有 RC 网络的电压回路。当PWM 为低电平时，该引脚为高阻抗，为下一个 PWM 电平状态储存需要的电流。该引脚与 GND 之 间通过一个电容相连，一个电阻与电容串联提供快速瞬态响应。CTRL：电流检测门限调整引脚。调节 VISP - VISN 阈值。CTRL 线性范围从 GND到 1.1V。不要让这个引脚开路。xx：汽车照明控制系统的设计173.5.2.3 驱动芯片工作原理LT3755 是一个恒定频率、电流模式控制器。由 INTV
48、CC 提供的内部调节的 7V 电源来驱动一个低压侧外部 N 沟道 MOSFET、GATE 引脚以及 PWMOUT 引脚。正常工作条件下，PWM 引脚为低电平时，GATE 和 PWMOUT 引脚输出电压为 0V，VC 引脚输出高阻抗，通过外部补偿电容来存储先前的开关状态，ISP 和 ISN 引脚偏置电流降低到泄漏电流水平以下。当 PWM 引脚变为高电平时， PWMOUT 经过短暂的延迟后输出高电平。同时内部振荡器开始工作，打开外部功率 MOSFET 开关（栅极变高）。和开关电流成比例的采样电压（通过检测外部 SENSE 和 GND 输入引脚之间的电流检测电阻），与一个稳定的斜率补偿电压之和，作为
49、“ 开关电流检测” 信号反馈到 PWM 比较器的正极。在开关打开的时间内外部电感上的电流稳定增加。当开关电流检测电压超过了误差放大器的输入（VC）时，锁存器复位并且开关关闭。在关闭阶段，电感电流下降。在每个振荡周期结束时，诸如斜率补偿等内部信号返回他们的初始值，然后等待新的周期。通过这种周期循环，控制开关的导通时间，以调节负载的电流或电压。是 ISP 和 ISN、VC 之间的电压的放大信号，而基准差异电压由 CTRL 引脚设置。在这种方式下，误差放大器通过设置基准的峰值开关电流大小来调节 LED 电流。如果误差放大器输出增加，开关需要更大的电流，如果减少，需要的电流将减少。在导通阶段SENSE 引脚监测开关电流，并且该引脚电压不能超过 100mV 的电流限制阈值（典型值）。如果 SENSE 引脚超过电流限制阈值时，无论 PWM 比较器输出状态如何，SR锁存器复位。同样，ISP /ISN 共模电压低于 3V 时，监测 ISP 和 ISN 之间的差异，以确定是否输出短路。如果 ISP 和 ISN 之间的电压差大于 150mV（典型值），SR 锁存器被复位。这些功能是为了保护电源开关以及 DC/DC 转换器电源路径中的各种外部元件。电压反馈模式工作原理与上述电流模式类似，除了 VC 引脚的电压（此处为内部
