LED照明與傳統(tǒng)鹵素低壓照明相比具有許多優(yōu)勢：(1)光源比較集中，1 W照明所獲得的亮度等同于十幾瓦鹵素燈的亮度，因此非常節(jié)能；(2)LED燈的壽命比鹵素燈長，一般可達幾萬乃至十萬小時；(3)LED的結(jié)構(gòu)簡單，抗震性能好；(4)無須熱啟動時間，亮燈響應(yīng)速度快；(5)工作電壓在6~12 V之間。基于這些優(yōu)勢，高亮度LED照明技術(shù)日益成為汽車照明的發(fā)展趨勢，并可以帶來很好的性價比。
由于汽車照明系統(tǒng)要求控制簡單、節(jié)能環(huán)保、高效安全等特點[1]，因此本系統(tǒng)主要采用大功率LED驅(qū)動器XLT604來驅(qū)動LED發(fā)光，使用8位單片機PIC18F448輸出不同占空比的PWM脈沖來動態(tài)控制其發(fā)光強度，并使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20測試系統(tǒng)的溫度，同時對系統(tǒng)的發(fā)熱情況進行實時控制。另外，系統(tǒng)還采用光敏電阻傳感器對照明系統(tǒng)的亮度進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng)硬件主要包括以單片機為控制中心的LED驅(qū)動及調(diào)光、亮度檢測、溫度檢測等功能模塊，其中亮度檢測、溫度檢測模塊比較簡單，系統(tǒng)主要設(shè)計了LED驅(qū)動及調(diào)光模塊。
1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
汽車照明系統(tǒng)的主要功能是可根據(jù)環(huán)境溫度和亮度自適應(yīng)調(diào)節(jié)LED的亮度。本系統(tǒng)采用PIC18F448單片機作為LED控制中心，利用其中1個10位A/D轉(zhuǎn)換通道接收亮度信號，RB口接收溫度檢測信號，并根據(jù)亮度和溫度通過CCP模塊輸出不同占空比的PWM脈沖至XLT604 LED驅(qū)動器的PWM引腳，從而實時調(diào)節(jié)LED的輸出光通量，即調(diào)節(jié)LED的亮度。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
1.2 LED驅(qū)動及調(diào)光
在汽車照明系統(tǒng)中，LED驅(qū)動電路必須能夠從汽車電源總線中獲取工作電源。在應(yīng)用中，為獲取所需亮度的照明光源，可采用單個高功率的LED或者多個LED串聯(lián)、并聯(lián)或串并混合連接的結(jié)構(gòu)。由于汽車電源總線提供的標稱值為12 V，因此系統(tǒng)選用輸入電壓為7~450 V的大功率LED驅(qū)動芯片XLT604。XLT604是采用BICMOS工藝設(shè)計的PWM高效LED驅(qū)動控制芯片，能以300 kHz的固定頻率驅(qū)動外部MOSFET，且其頻率可由外部電阻編程決定；外部高亮度LED串可采用恒流方式控制，以保持恒定高亮度并增強LED的可靠性，其恒流值可由外部取樣電阻決定，其變化范圍從幾mA~1 A。XLT604驅(qū)動的LED可以通過外部控制電壓線性調(diào)節(jié)其亮度，也可通過外部低頻PWM方式調(diào)節(jié)LED串的亮度。在汽車照明系統(tǒng)中，一般只需輸出光通量范圍在150~800 lm。系統(tǒng)采用Cree公司的XLamp XP-E LED，可達到100 lm/W的發(fā)光效率，并且采用3個LED串聯(lián)的結(jié)構(gòu)[2]。LED驅(qū)動及調(diào)光電路如圖2所示。
1.2.1 LED驅(qū)動控制
圖2中，XLT604采用DC－DC降壓驅(qū)動，外部輸入電壓12 V，LED串電壓9 V。當GATE端輸出高電平時，電感儲能或部分能量直接傳給LED串，系統(tǒng)通過限制功率管的電流峰值的方式工作；當功率MOSFET關(guān)斷時，存儲在電感上的能量轉(zhuǎn)換為LED的驅(qū)動電流。外部電流采樣電阻R2與功率管的源極串聯(lián)，當R2的電壓值超過設(shè)定值時，功率管關(guān)斷[2]。
1.2.2 LED調(diào)光
XLT604有線性調(diào)節(jié)、PWM調(diào)節(jié)2種調(diào)光方式。線性調(diào)節(jié)可動態(tài)控制LED的亮度，但會降低LED的效率，并引起白光LED向黃色光譜的色彩偏移。PWM調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)勢明顯，當PWM脈沖為有效高電平或低電平時， LED輸入電流分別為最大或0，其導通時間受控于PWM引腳輸入脈沖的占空比[3]。由于LED始終工作于相同的電流條件下，通過施加1個PWM信號來控制LED亮度的做法，可以在不改變彩色的情況下實現(xiàn)對LED亮度的動態(tài)調(diào)節(jié)，因此本系統(tǒng)采用PWM調(diào)光方式。PWM信號由單片機PIC18F448輸出的PWM信號至XLT604的PWM端子獲得。PIC18F448根據(jù)由溫度檢測模塊測得的溫度和光敏傳感器測得的光通量信號來改變PWM脈沖信號的占空比以調(diào)節(jié)LED的亮度，從而達到節(jié)能的目的。LED燈的亮度與PWM信號的高電平時間長度成正比，通過PWM調(diào)節(jié)方式可以在0~100％范圍調(diào)光，但不能調(diào)出高于設(shè)定值的電流。PWM調(diào)光精度僅受限于GATE端輸出的最窄脈寬[4]。
