面向汽車應(yīng)用的LED驅(qū)動技術(shù)淺談

中心議題：

汽車LED照明的設(shè)計應(yīng)用

雙LED應(yīng)用方案簡介

解決方案：

需要內(nèi)部檢測電阻器

降低發(fā)生噪聲干擾

在過去的十年里，汽車電子產(chǎn)品有了突飛猛進的發(fā)展，車載電子控制、車載信息服務(wù)以及娛樂系統(tǒng)不管是在數(shù)量上還是在精細程度上都有了顯著的提高。本文將重點探討這種成長的主要組成部分之一，即：目前以及下一代汽車中l(wèi)ed照明使用率的飛速提高。這種新型照明領(lǐng)域給汽車電子產(chǎn)品的設(shè)計師和制造商均帶來了新的挑戰(zhàn)。了解這些挑戰(zhàn)并找到可行的解決方案是最為重要的，因為與這些照明系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的發(fā)展似乎是沒有止境的。

LED照明

諸如小外形尺寸、低功耗和快速接通時間等優(yōu)勢開創(chuàng)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(yīng)用是中央高架停車燈（CHMSL）；這些應(yīng)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(tǒng)上，白熾燈泡是最為經(jīng)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(shè)計方案正在迅速取代白熾燈泡應(yīng)用。即使是傳統(tǒng)的CCFLTFT-LCD背光源應(yīng)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(fā)車前燈，而該領(lǐng)域一直是被鹵素/氙燈絲設(shè)計所把持的。幾乎所有的汽車照明應(yīng)用（包括車身內(nèi)部/外部照明和背光照明應(yīng)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(tài)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(nèi)的照明系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)生顯著的變化。LED的另一項優(yōu)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(shè)計參數(shù)
　
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(qū)動電路。這些特殊的驅(qū)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(yīng)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(qū)動電流的相互關(guān)系。
　
在單個LED至三個（串聯(lián)）LED的應(yīng)用中，將需要一個降壓型LED驅(qū)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(jù)應(yīng)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(lián)LED組成的LED串的應(yīng)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(qū)動器（例如：凌力爾特的LT3496）。凌力爾特公司提供的所有LED驅(qū)動器均采用了電流模式架構(gòu)，旨在輸送恒定的電流。

如欲在輸入電壓不規(guī)則的情況下產(chǎn)生恒定的LED亮度，就必須從這些驅(qū)動器IC獲得一個恒定的電流源。一個內(nèi)部檢測電阻器用于監(jiān)視輸出電流，以實現(xiàn)準確的電流調(diào)節(jié)。在一個很寬的電流范圍內(nèi)（35mA至1A）保持了高輸出電流準確度，從而實現(xiàn)了寬調(diào)光范圍。由于凌力爾特的高電流LED驅(qū)動器是電流模式穩(wěn)壓器，因此它們并不直接調(diào)整電源開關(guān)的占空比，而是由反饋環(huán)路來控制每個周期中流經(jīng)開關(guān)的峰值電流。與電壓模式控制相比，電流模式控制改善了環(huán)路的動態(tài)性能，并提供了逐周期電流限制功能。

在許多應(yīng)用（特別是背面照明和車內(nèi)照明）中，都有可能需要進行調(diào)光控制，因而要求驅(qū)動器IC提供一種用于調(diào)節(jié)輸出電流/LED亮度的簡單方法。利用合適的驅(qū)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(diào)光操作，調(diào)光范圍可高達3000:1。

最后，車載電子產(chǎn)品可能對噪聲很敏感，尤其是導航系統(tǒng)、無線電路和AM無線電波段接收機。為了最大限度地降低發(fā)生噪聲干擾的可能性，凌力爾特在其LED驅(qū)動器IC中采用了恒定頻率開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)。此外，用戶還可在200kHz至2MHz的范圍內(nèi)設(shè)置開關(guān)頻率，以使開關(guān)噪聲遠離關(guān)鍵頻段（比如：AM無線電波段）。高開關(guān)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(yīng)用
　
許多嵌入式高電流LED應(yīng)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(yīng)用包括車內(nèi)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(jù)應(yīng)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(zhuǎn)換器（例如：LT3475）。

LT3475是一款雙通道、36V、2MHz降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，專為用作恒定電流雙LED驅(qū)動器而設(shè)計（見圖1）。每個通道具有一個內(nèi)部檢測電阻器和調(diào)光控制功能，從而使其非常適合于驅(qū)動那些需要高達1.5A電流的LED。一個通道的開關(guān)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(nèi)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(diào)光范圍，且未發(fā)生任何的色偏移（這種現(xiàn)象在LED電流調(diào)光中很常見）。

憑借其4V至36V（瞬態(tài)電壓高達40V）的寬輸入電壓范圍，LT3475成為了汽車電源系統(tǒng)的理想選擇。其開關(guān)頻率可被設(shè)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(guān)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(qū)動高電流LED的緊湊型解決方案。

LT3475采用高壓側(cè)檢測，實現(xiàn)了LED負極的接地連接，從而免除了大多數(shù)應(yīng)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(yīng)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(shè)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(tǒng)的燈泡則需要長達200ms的時間才能產(chǎn)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(fā)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(jié)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(xiàn)這些LED剎車燈的性能和工作壽命的最大化，應(yīng)采用一種能夠驅(qū)動這些剎車系統(tǒng)所需的紅光LED串的合適LED驅(qū)動器，這是必不可少的。凌力爾特的LT3486便是專為此類汽車應(yīng)用而開發(fā)的。LT3486是一款雙通道升壓型DC/DC轉(zhuǎn)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(qū)動多達16個LED（每個轉(zhuǎn)換器驅(qū)動8個串聯(lián)LED）而設(shè)計。采用LED串聯(lián)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(zhuǎn)換器還能夠驅(qū)動不對稱的LED串。

兩個LED串的調(diào)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(nèi)部PWM調(diào)光系統(tǒng)可使調(diào)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(shè)置在200kHz至2MHz的范圍內(nèi)。一個200mV的低反饋電壓（2%準確度）最大限度地減少了電流設(shè)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(jié)省空間的16引腳DFN（5mmx3mmx0.75mm）封裝或16引腳耐熱增強型TSSOP封裝。
　　
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(yīng)用中的LED驅(qū)動器IC產(chǎn)生了許多非常特殊的性能要求。LED驅(qū)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(xiàn)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(yīng)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(shè)計要求，凌力爾特公司開發(fā)出了旨在解決上述汽車難題的完整高電流LED驅(qū)動器產(chǎn)品系列。