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汽車LED應用給電源管理IC帶來機遇

    作者：宏拓新軟件
    發布日期：2008-10-05         
閱讀：45     
 
 
LED照明，諸如小外形尺寸、低功耗和快速接通時間等優勢開創了高亮度LED被當今汽車所廣泛采用的局面。LED在汽車中的初始應用是中央高架停車燈(CHMSL);這些應用使用紅光LED來提供一個非常扁薄的照明陣列，該照明陣列易于安裝，而且永遠不需要更換。
    
傳統上，白熾燈泡是最為經濟的光源，而且仍然被許多汽車所采用。然而，隨著可用照明空間的日益縮小以及對照明光源使用壽命要求的不斷提高，由LED所提供的燈光色彩和設計方案正在迅速取代白熾燈泡應用。即使是傳統的CCFLTFT-LCD背光源應用，目前也在逐漸地被白光LED陣列所取代。
    
更有甚者，人們還在利用一種電“可操縱”型高電流LED陣列來開發車前燈，而該領域一直是被鹵素/氙燈絲設計所把持的。幾乎所有的汽車照明應用(包括車身內部/外部照明和背光照明應用)都將逐步過渡為采用LED。采用LED的好處具有諸多積極的含意。首先(也許是最重要的一點)，它永遠不需要更換，因為其長達100,000小時的固態壽命(服役年限：11年半)比汽車的使用壽命還要長。這使得汽車制造商能夠把它們永久性地嵌入車艙內的照明系統中，而無需像以往那樣留有用于更換燈絲燈泡的入口。由于LED照明系統不需要白熾燈泡所要求的安裝深度或面積，因此還可使汽車的造型發生顯著的變化。LED的另一項優勢是其具有低功耗，因而能夠使得耗油量有所減少。
    
汽車LED照明的設計參數
    
為了確保最佳的性能和長久的工作壽命，LED需要一個有效的驅動電路。這些特殊的驅動電路必須能夠從一根相當苛刻的汽車電源總線獲取工作電源，而且還應兼具成本和空間“效益性”。為了維持其長久的工作壽命，一定不得超過LED的電流和溫度限值。表1羅列了針對一個高電流白光LED的典型正向電壓與驅動電流的相互關系。
    
在單個LED至三個(串聯)LED的應用中，將需要一個降壓型LED驅動器(比如：凌力爾特的LT3475)，用于把汽車總線電壓(標稱值為12V)降至一個更加合適的LED電壓，根據應用的LED彩色和亮度要求的不同，該LED電壓的變化范圍可在2.68V至4.88V(每個LED)之間。與此相反，在諸如剎車燈等需要多個由多達8個串聯LED組成的LED串的應用中，所需的輸出電壓為21V至39V，所以必需采用一個升壓型LED驅動器(例如：凌力爾特的LT3496)。凌力爾特公司提供的所有LED驅動器均采用了電流模式架構，旨在輸送恒定的電流。
    
如欲在輸入電壓不規則的情況下產生恒定的LED亮度，就必須從這些驅動器IC獲得一個恒定的電流源。一個內部檢測電阻器用于監視輸出電流，以實現準確的電流調節。在一個很寬的電流范圍內(35mA至1A)保持了高輸出電流準確度，從而實現了寬調光范圍。由于凌力爾特的高電流LED驅動器是電流模式穩壓器，因此它們并不直接調整電源開關的占空比，而是由反饋環路來控制每個周期中流經開關的峰值電流。與電壓模式控制相比，電流模式控制改善了環路的動態性能，并提供了逐周期電流限制功能。
    
在許多應用(特別是背面照明和車內照明)中，都有可能需要進行調光控制，因而要求驅動器IC提供一種用于調節輸出電流/LED亮度的簡單方法。利用合適的驅動器IC，即可通過一個PWM信號、DC電壓或外部NMOS晶體管來完成調光操作，調光范圍可高達3000:1。
最后，車載電子產品可能對噪聲很敏感，尤其是導航系統、無線電路和AM無線電波段接收機。為了最大限度地降低發生噪聲干擾的可能性，凌力爾特在其LED驅動器IC中采用了恒定頻率開關拓撲結構。此外，用戶還可在200kHz至2MHz的范圍內設置開關頻率，以使開關噪聲遠離關鍵頻段(比如：AM無線電波段)。高開關頻率還允許使用小的電感器和陶瓷電容器，從而最大限度地縮減了解決方案的尺寸和成本。
    
雙LED應用
    
許多嵌入式高電流LED應用將包括單個或兩個高電流(ILED的范圍從1A至1.5A)LED。這些應用包括車內照明(比如：車頂燈、地圖燈、儲物盒照明燈)和車外照明(比如：車門門檻燈或“地面照明”燈)。根據應用的不同，它們可以采用彩色LED(用于車載儀器的背面照明)或白光LED(用于普通照明)。由于這些LED通常具有一個3V至4V的正向電壓，并由一根12V至14V的汽車總線來供電，因此需要采用一個降壓型轉換器(例如：LT3475)。
    
LT3475是一款雙通道、36V、2MHz降壓型DC/DC轉換器，專為用作恒定電流雙LED驅動器而設計(見圖1)。每個通道具有一個內部檢測電阻器和調光控制功能，從而使其非常適合于驅動那些需要高達1.5A電流的LED。一個通道的開關操作與另一個通道異相180°，因而使得兩個通道的輸出紋波均有所減小。每個通道均獨立地在一個50mA至1.5A的寬電流范圍內保持了很高的輸出電流準確度，而獨特的TrueColorPWMTM電路提供了一個3000:1的調光范圍，且未發生任何的色偏移(這種現象在LED電流調光中很常見)。

憑借其4V至36V(瞬態電壓高達40V)的寬輸入電壓范圍，LT3475成為了汽車電源系統的理想選擇。其開關頻率可被設定在200kHz至2MHz之間，因而允許使用纖巧型電感器和陶瓷電容器，并使開關噪聲遠離AM無線電波段。再加上采用了一種耐熱增強型TSSOP-20封裝，該器件提供了一款適合于驅動高電流LED的緊湊型解決方案。
    
LT3475采用高壓側檢測，實現了LED負極的接地連接，從而免除了大多數應用中所需的一根接地線。它還具有一個用于每個通道的集成升壓二極管，因而進一步地縮減了解決方案的占板面積和成本。另外的特點包括LED開路和短路保護。
    
剎車燈
    
迄今為止，LED在汽車中最為常見的應用是中央高架停車燈(CHMSL)。截止2006年底，至少有60%的汽車都安裝了LED型CHMSL。其好處包括較快的照明速度、更高的效率、更長的工作壽命，而且，非常扁薄的紅光LED陣列還具有設計/安裝上的簡易性。LED能夠在不到1ms的時間里達到全照度(而傳統的燈泡則需要長達200ms的時間才能產生其最大亮度)，這樣，后方車輛的駕駛者識別剎車燈的時間將大為縮短，從而降低了發生追尾碰撞事故的概率。
而且，與白熾燈泡相比，功耗也下降了80%之多，最終起到了節省耗油量的效果。其有效使用期限將輕而易舉地超過車輛的壽命，因而免除了更換的需要。除了CHMSL之外，有些汽車和摩托車還在主剎車燈中用LED替代了白熾剎車燈。
    
為了實現這些LED剎車燈的性能和工作壽命的最大化，應采用一種能夠驅動這些剎車系統所需的紅光LED串的合適LED驅動器，這是必不可少的。凌力爾特的LT3486便是專為此類汽車應用而開發的。LT3486是一款雙通道升壓型DC/DC轉換器(如圖2所示)，專為從一根12V至14V汽車總線以恒定的電流來驅動多達16個LED(每個轉換器驅動8個串聯LED)而設計。采用LED串聯的方式能夠提供相等的LED電流，從而獲得均勻的LED亮度。在需要的時候，兩個獨立的轉換器還能夠驅動不對稱的LED串。

兩個LED串的調光也可通過各自的CTRL引腳來單獨地控制。通過把一個PWM信號饋送至各自的PWM引腳，一個內部PWM調光系統可使調光范圍擴展至高達1000:1。LT3486的工作頻率可由一個外部電阻器設置在200kHz至2MHz的范圍內。一個200mV的低反饋電壓(2%準確度)最大限度地減少了電流設定電阻器中的功率損耗，旨在提升效率。另外的特點包括LED斷接時的輸出電壓限制。LT3486提供了一款占板面積非常緊湊的解決方案，并可采用節省空間的16引腳DFN(5mmx3mmx0.75mm)封裝或16引腳耐熱增強型TSSOP封裝。
    
本文小結
    
由于LED照明在當今和未來汽車中的普及速度空前提高，因此對高電流LED汽車應用中的LED驅動器IC產生了許多非常特殊的性能要求。LED驅動器必須提供恒定的電流，以保持均勻的亮度(而不受輸入電壓或LED正向電壓變化的影響)，且必須實現高效運作。它們還必須能夠承受汽車電源總線相當苛刻的電特性。另外，這些應用還需要占板面積非常緊湊和散熱效率很高的解決方案。面對這些汽車設計要求，凌力爾特公司開發出了旨在解決上述汽車難題的完整高電流LED驅動器產品系列。
 

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