LED 是發光二極管（Light Emitting Diode） 的簡稱，是一種能夠將電能轉化為可見光的半導體，發光效率可達80% 至90%。這種半導體組件自開發以來一般是作為指示燈使用。隨著科學技術的發展，LED 對照明領域產生了深刻的影響，被譽為繼白熾燈、熒光燈、氣體放電燈之后的第4 代照明光源。20 世紀80 年代中期，LED 開始應用于汽車中央高位制動燈。20 世紀90 年代，汽車儀表LCD 面板背光照明普遍采用LED 這種固態新光源。

　　進入新世紀后，LED 光源技術有了更快的發展，涂敷熒光粉工藝制作成的大功率白光LED 的光效已達到100lm／ W。隨著輸出光通量不斷提高，LED 在汽車照明中的推廣應用有了更大的發展空間。

　　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注。據不完全統計，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生在夜間。因此，車外照明燈及信號燈是汽車安全行駛的關鍵部件，必須滿足下列條件：

　　（1）汽車照明燈點亮無延遲，響應時間更快，給駕駛員更多的反應時間。

　　（2）照明亮度強，在夜間或自然光線不足的情況下提高駕駛員的視野，同時使車外信號燈的指示作用更強。

　　（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）節能，能夠有效減少廢氣的排放量，保護環境。

　　（5）基于汽車銷售競爭日益激烈，車燈設計要實用和美觀。

　　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 結的半導體器件。當滿足二極管導通條件時，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，其發光強度主要依據通過的電流大小，正向導通時，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，其消耗的能量除轉換為光能外，幾乎都是熱能，且只能以熱傳導的形式傳出，因此，LED 在工作時，結溫會逐漸升高。而LED 是具有負溫度系數的器件，流過LED 的電流會隨溫度升高而增大，這就形成了正反饋，造成結溫的進一步升高，如不加控制，就會燒毀LED。LED 的熱學參數與PN 結的結溫有很大關系，主波長與溫度的關系如下式：

　　mp（Tl） = m0（T0）+ 3Tg #0.1nm/°C

　　由上式可知，每當LED 結溫升高10℃時，主波長 （ 人眼能夠觀察到的） 就會向長波漂移1nm（1nm=10-9m），導致LED 亮度下降，出現光衰。因此， 個別LED 過熱，就會造成LED 陣列發光的均勻性變差。

　　2.2 LED 顯著的照明優勢

　　LED 被稱為新光源，原因在于LED 具備點光源與固態光源的特性，因此具有其它照明光源無法比擬的優點。

　　（1）LED 壽命理論上可達10 萬小時， 實際壽命也可達到2 萬小時以上，比一般白炙燈泡的1 000 小時、日光燈具的1 萬小時更具優勢，在汽車使用壽命期間一般無須更換。

　　（2）點亮無延遲，響應時間更快。LED 的啟動時間僅為幾十納秒，啟動時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生率；基本上無輻射，屬于“綠色光源”。

　　（4）LED 占用體積小， 結構簡單，高耐震，設計者可以隨意變換燈具模式，令汽車造型多樣化，滿足不同消費者需求。

　　（5）LED 光源受電壓變化的影響遠遠小于白熾燈泡，顯示了卓越的安全性和可靠性，同時消耗的能量較同光效的白熾燈減少80%，非常節能。

　　基于上述優勢，LED 可以在汽車照明中廣泛應用，但單個LED 無法滿足汽車照明強度的要求，必須多個串聯、并聯或串并聯成LED 陣列使用，如圖1 所示。

　　圖1 LED 組合成的照明光源

　　2.3 LED 驅動的設計及特點

　　LED 驅動方式可采用電阻限流、線性穩壓器和開關型變換器3 類。電阻限流方案適用于效率低的應用場合，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；線性穩壓器適應于低電流或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；開關型變換器具有電路拓撲靈活、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、靜態電流、工作電壓、噪聲和輸出調節等因素后，驅動電路多采用開關型變換器。開關變換器拓撲結構分為Buck、Boost 及Buck-Boos 等方式。目前來看，LED 應用在汽車照明上，其驅動電源必然是鉛酸蓄電池。

　　因為蓄電池的輸入電壓范圍會與正常的范圍有很大的出入，因此驅動電路一般用Buck-Boost 拓撲結構滿足LED陣列對電壓要求。此電路拓撲結構直流增益 （輸出電壓與輸入電壓之比）與占空比D（一個開關周期內，開通時間與周期的比值）有關。當電池電壓低于LED 所需電壓時，調節D ＞ 0.5，使電路處于升壓狀態；當電池電壓高于LED 所需電壓時，調節D ＜ 0.5，使電路處于降壓狀態。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 不是恒流驅動，通過的電流波動時，即使電壓恒定也會造成LED 的亮度變化。為保證亮度穩定可靠，LED 需要恒定的電流來驅動，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 驅動電路的輸出必須是恒流輸出而非恒壓輸出。

　　可以設計LED 驅動電路原理圖如圖2 所示。

　　圖2 LED 驅動原理圖

　　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，調節Buck-Boost 電路中開關管的占空比，保證通過LED 電流恒定；當電路出現異常時，通過控制保護電路切斷電源，保證LED 不受損害。一般情況下，LED 驅動電路必須滿足下列要求：

　　（1）升降壓功能。當輸入電壓或LED 本身壓降波動時，調節輸出電壓，滿足輸出電流恒定的要求，保證LED 發光穩定可靠。

　　（2）高功率轉換效率。以降低驅動損耗，節省成本，同時減少蓄電池充電次數，延長電池使用壽命。

　　（3）亮度調節功能。周圍環境很暗時，信號燈往往不需最大電流驅動，此時可控制驅動電流而改變LED的亮度，進而降低LED 的耗電量。調節驅動電流常用的方法是利用PWM 信號控制。

　　（4）具有完善的保護電路。應設置各種保護措施，用以保護自身和LED 可靠工作。例如，低壓鎖存、過壓保護、過熱保護、輸出開路或短路保護等。

　　（5）良好的散熱功能。由LED 的熱學特性可知，溫度是影響LED 工作的重要因素之一。在夜晚行車時，LED 處于長時間點亮狀態，因此，必須有良好的散熱功能，保證LED 的壽命及工作可靠。