設(shè)計(jì)具有高功率密度恒定導(dǎo)通時(shí)間 DCDC 降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器的大燈方案

1、前言

先進(jìn)的汽車大燈需要?jiǎng)討B(tài)照明功能來(lái)實(shí)現(xiàn)道路安全增強(qiáng)功能，例如自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈和自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)。這些功能使用 LED 矩陣管理器 (LMM) 對(duì)單個(gè) LED 像素執(zhí)行動(dòng)態(tài)亮度變化。

正常亮度的大燈的LED電流在350mA到1A以上。對(duì)于這種電流水平，用傳統(tǒng)設(shè)備構(gòu)建的電路板尺寸往往很大。大燈的趨勢(shì)是向更多的動(dòng)態(tài)照明功能通道發(fā)展，需要有一個(gè)支持動(dòng)態(tài)負(fù)載操作的高功率密度 DC/DC 降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大燈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型化。

讓我們回顧一下使用 LMM 實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)大燈的電子控制單元 (ECU) 要求。由于 LED 堆?；蚩偀舸妷簳?huì)隨著道路環(huán)境的不同而動(dòng)態(tài)變化，因此提供電流的 LED 驅(qū)動(dòng)器最好使用盡可能小的電容器。根據(jù) [1]，升壓至遲滯降壓架構(gòu)是 ECU 的最佳選擇。降壓轉(zhuǎn)換器向 LED 提供連續(xù)輸出電流，以最大限度地減小輸出電容，如圖 1 所示。

圖 1：降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器的輸出電流

滯后控制方法最能支持 LED 的動(dòng)態(tài)亮度變化，如圖 2 所示。

圖 2：DC/DC LED 驅(qū)動(dòng)器的滯后操作

滯后操作的本質(zhì)是開(kāi)關(guān)頻率將根據(jù)輸出電壓和輸入電壓的比率而變化，分別如圖 3 和圖 4 所示。

圖 3：具有固定輸入電壓的開(kāi)關(guān)頻率與輸出電壓（滯后操作）

圖 4：具有固定輸出電壓（滯后操作）的開(kāi)關(guān)頻率與輸入電壓的關(guān)系

2.恒定導(dǎo)通時(shí)間控制與遲滯控制——偽定頻操作

對(duì)于遲滯控制的降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器，開(kāi)關(guān)頻率根據(jù)輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系而變化。改變開(kāi)關(guān)頻率有時(shí)是不可取的，尤其是在嘗試最小化電磁干擾 (EMI) 時(shí)。大多數(shù)設(shè)計(jì)需要固定的開(kāi)關(guān)頻率，以便無(wú)源元件可以解決在該開(kāi)關(guān)頻率附近產(chǎn)生的 EMI。

恒定導(dǎo)通時(shí)間控制是一種基于滯后的控制方案，可提供偽固定頻率操作。開(kāi)關(guān)頻率的占空比是輸出電壓與輸入電壓的比值。如果您可以控制開(kāi)關(guān)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 的導(dǎo)通時(shí)間，使其與輸出電壓與輸入電壓的比率成正比，那么理論上，LED 驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)關(guān)頻率將保持不變相同。

圖 5 和圖 6 是恒定導(dǎo)通時(shí)間控制的 LED 驅(qū)動(dòng)器和電感電流波形的概念框圖。

圖 5：恒定導(dǎo)通時(shí)間控制的降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器的概念框圖

圖 6：不同 V IN -V OUT比率下的電感電流紋波

由于導(dǎo)通時(shí)間是根據(jù) V IN和 V OUT比率控制的，占空比隨定義的谷值電流限制而變化。因此，開(kāi)關(guān)頻率幾乎保持不變，如圖 6 所示。

3.現(xiàn)代ECU要求

一個(gè)典型的大燈 ECU 平均有 6 到 8 個(gè)輸出通道，用于不同的燈光用途：遠(yuǎn)光燈、近光燈、日間行車燈、位置燈、轉(zhuǎn)向指示燈、霧燈等。圖 7 是一個(gè)典型的 ECU 框圖。此類 ECU 的總輸出功率范圍為 60 W 至 120 W。這些規(guī)格需要一種小尺寸但高效的 ECU 解決方案 - 一種可以安裝在車身內(nèi)的狹窄位置而不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多熱量的解決方案。

圖 7：典型的 ECU 框圖

4.TPS92520-Q1 的功率密度優(yōu)勢(shì)

TPS92520-Q1 單片同步雙通道恒定導(dǎo)通時(shí)間 DC/DC 降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器有助于減小 ECU 解決方案尺寸并提供高功率轉(zhuǎn)換效率。它具有可編程開(kāi)關(guān)頻率，工作頻率高達(dá) 2.2MHz。它接受來(lái)自微控制器的串行外設(shè)接口命令，從而最大限度地減少設(shè)備周圍用于參數(shù)設(shè)置的無(wú)源組件的數(shù)量。

將所有四個(gè) N 溝道 MOSFET 集成到器件中不僅可以節(jié)省空間，還可以提高功率轉(zhuǎn)換效率，因?yàn)?MOSFET 提供了較低的漏源電阻 (R DSON )。更重要的是，該器件以高于 1.8 MHz 的頻率運(yùn)行并減小了電感器的物理尺寸。在一個(gè)封裝中包含兩個(gè)降壓通道，實(shí)現(xiàn) ECU 的設(shè)備數(shù)量是通道數(shù)量的一半；例如，三個(gè)設(shè)備用于六個(gè)通道，四個(gè)設(shè)備用于八個(gè)通道。

總之，支持動(dòng)態(tài)照明功能的現(xiàn)代大燈 ECU 需要降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器。隨著越來(lái)越多的通道具有動(dòng)態(tài)照明功能，需要高功率密度的 LED 驅(qū)動(dòng)器。高功率密度 LED 驅(qū)動(dòng)器（例如 TPS92520-Q1）有助于實(shí)現(xiàn)小尺寸、高性能的車頭燈 ECU。