汽車(chē)前燈需要降壓-升壓型LED驅(qū)動(dòng)器

　　就發(fā)動(dòng)機(jī)而言，停止-啟動(dòng)系統(tǒng)的概念很容易理解，當(dāng)車(chē)輛停止時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，然后在要求車(chē)輛再次開(kāi)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)立即重新啟動(dòng)。這樣一來(lái)，當(dāng)汽車(chē)在行駛中因交通情況或紅燈而暫停時(shí)，就不會(huì)消耗燃油，也不會(huì)排放碳。這種停止-啟動(dòng)設(shè)計(jì)可將燃油消耗量和碳排放量降低 5% 至高達(dá) 10%。不過(guò)，此類(lèi)設(shè)計(jì)所面臨的最大挑戰(zhàn)是：怎樣使整個(gè)起停狀況不為駕駛者所察覺(jué)。為避免駕駛者覺(jué)察汽車(chē)的起停能力，存在著兩大設(shè)計(jì)障礙。第一個(gè)是快速重啟時(shí)間。有些制造商利用增強(qiáng)的啟動(dòng)器設(shè)計(jì)，將重啟時(shí)間降至不到 0.5 秒，從而使重啟真正感覺(jué)不到。第二個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是，在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，保持所有電子系統(tǒng)直接由電池供電，包括空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，而且同時(shí)仍然保持足夠的電池電量?jī)?chǔ)備，以在加速時(shí)快速重啟發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　為了納入停止-啟動(dòng)功能，的確需要對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行一些修改。過(guò)去的交流發(fā)電機(jī)也許還要用作增強(qiáng)的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器，以確?？焖僦貑?，另外，必須增加一個(gè)停止-啟動(dòng)電子控制單元 (ECU)，以控制發(fā)動(dòng)機(jī)何時(shí)以及怎樣啟動(dòng)和停止。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī) / 交流發(fā)電機(jī)關(guān)閉時(shí)，電池必須能給車(chē)輛的各種燈、環(huán)境控制系統(tǒng)以及其他電子系統(tǒng)供電。此外，當(dāng)再次需要發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電池必須能給啟動(dòng)器供電。這種極端的電池加載情況引入了另一個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，這一次是電氣方面的挑戰(zhàn)，因?yàn)橹貑l(fā)動(dòng)機(jī)需要大量吸取電流，這又可能使電池電壓暫時(shí)被拉低至 5V。對(duì) LED 驅(qū)動(dòng)器的挑戰(zhàn)是，當(dāng)電池總線電壓短暫下降至 5V、然后返回標(biāo)稱(chēng)的 13.8V (這時(shí)充電器返回穩(wěn)定狀態(tài)) 時(shí)，持續(xù)提供良好穩(wěn)定的輸出電壓和 LED 電流。

　　當(dāng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)處于寒冷或冰凍溫度一段時(shí)間后，會(huì)發(fā)生“冷車(chē)發(fā)動(dòng)”情況。在這種情況下，機(jī)油變得極度黏滯，需要發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器提供更大的扭矩，這又導(dǎo)致從電池吸取更大的電流。這么大的負(fù)載電流可能在點(diǎn)火時(shí)將電池 / 主總線電壓拉低至不到 5V，之后該電壓一般返回到標(biāo)稱(chēng)的 13.8V。就發(fā)動(dòng)機(jī)控制、行車(chē)安全和導(dǎo)航系統(tǒng)等應(yīng)用而言，在發(fā)生冷車(chē)發(fā)動(dòng)情況時(shí)，保持良好穩(wěn)定的輸出電壓 (通常為 5V) 是非常重要的，這樣才能在車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)，持續(xù)保持電源系統(tǒng)工作。

　　如果電池電纜在交流發(fā)電機(jī)仍然在對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)意外斷接，則將發(fā)生“負(fù)載突降”的情況。當(dāng)電池電纜在汽車(chē)工作時(shí)出現(xiàn)松動(dòng)、或者電池電纜在汽車(chē)行駛時(shí)出現(xiàn)斷裂，這種情況就有可能發(fā)生。電池電纜的這種突然斷接有可能導(dǎo)致高達(dá) 60V 的瞬態(tài)電壓尖峰，因?yàn)榻涣靼l(fā)電機(jī)試圖給不存在的電池完全充電。交流發(fā)電機(jī)上的瞬態(tài)電壓抑制器通常將總線電壓箝位在 30V 至 34V 之間，并吸收大部分浪涌電流;但是，交流發(fā)電機(jī)下游的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和 LED 驅(qū)動(dòng)器要承受高達(dá) 36V 的瞬態(tài)電壓尖峰。在這類(lèi)瞬態(tài)事件發(fā)生時(shí)，要求這些 LED 驅(qū)動(dòng)器不僅不被損壞，還必須持續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓和 LED 電流。

　　一種面向汽車(chē)應(yīng)用的同步降壓-升壓型高亮度 LED 驅(qū)動(dòng)器

　　幸運(yùn)的是，對(duì)這些難題已經(jīng)有了新的解決辦法，那就是凌力爾特的 LT3791 LED 驅(qū)動(dòng)器。LT3791 是一款同步降壓-升壓型 DC/DC LED 驅(qū)動(dòng)器和電壓控制器，可提供超過(guò) 100W 的 LED 功率。其 4.7V 至 60V 的輸入電壓范圍使該器件非常適用于多種應(yīng)用，其中包括汽車(chē)、卡車(chē)甚至航空電子的高亮度 LED 前燈。類(lèi)似地，其輸出電壓可以在 0V 至 60V 的范圍內(nèi)設(shè)定，從而能驅(qū)動(dòng)多種單串 LED。

　　典型的 50W 前燈應(yīng)用如圖 2 所示。這個(gè)應(yīng)用運(yùn)用單個(gè)電感器，以在 2A 時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)一個(gè) 25V 的 LED 串，并提供 50W LED 功率。該電路可提供一個(gè) 50:1 的 PWM 調(diào)光比，非常適合于滿(mǎn)足防眩目自動(dòng)調(diào)光要求。對(duì)輸入和輸出 (LED) 電流均進(jìn)行了監(jiān)視，同時(shí)提供了故障保護(hù)功能，以安然承受并報(bào)告 LED 開(kāi)路或短路情況?！　?/p>

 

　　其內(nèi)部的 4 個(gè)降壓-升壓型開(kāi)關(guān)控制器在輸入電壓高于、低于或等于輸出電壓時(shí)工作，從而非常適用于汽車(chē)等應(yīng)用，在這類(lèi)應(yīng)用中，輸入電壓在啟動(dòng) / 停止、冷車(chē)發(fā)動(dòng)和負(fù)載突降情況下可能變化很大。在降壓、直通和升壓工作模式之間的轉(zhuǎn)換是無(wú)縫的，從而不管電源電壓的變化范圍有多寬，都能提供良好的穩(wěn)壓輸出。LT3791 的獨(dú)特設(shè)計(jì)采用了 3 個(gè)控制環(huán)路，以監(jiān)視輸入電流、LED 電流和輸出電壓，并提供最佳性能和可靠性。

　　LT3791 運(yùn)用 4 個(gè)外部開(kāi)關(guān) MOSFET，可連續(xù)提供從 50W 直至超過(guò) 100W 的 LED 功率，效率高達(dá) 98%，如圖 3 所示。在以傳統(tǒng)方式供電的車(chē)輛中，高效率是非常重要，因?yàn)榭勺畲笙薅冉档蛯?duì)散熱器的需求，從而實(shí)現(xiàn)占板面積非常緊湊的扁平解決方案。而在電動(dòng)汽車(chē) (EV) 中，這種功率節(jié)省可在充電之間增加車(chē)輛運(yùn)行的里程數(shù)，這是非常寶貴的。

　　±6% 的 LED 電流準(zhǔn)確度確保 LED 串提供恒定照明，同時(shí) ±2% 的輸出電壓準(zhǔn)確度可提供幾種 LED 保護(hù)功能，并使轉(zhuǎn)換器能作為恒定電壓源工作。LT3791 可按照應(yīng)用要求，采用模擬或 PWM 調(diào)光方法。此外，其開(kāi)關(guān)頻率可在 200 kHz 至 700 kHz 范圍內(nèi)設(shè)定，或同步至一個(gè)外部時(shí)鐘。其他特點(diǎn)包括輸出斷接、輸入和輸出電流監(jiān)視器以及集成的故障保護(hù)?！　?/p>

 

　　結(jié)論

　　對(duì)更高性能和更高成本效益永無(wú)止境的需求驅(qū)動(dòng)了高亮度 LED 應(yīng)用，尤其是對(duì)汽車(chē)前燈應(yīng)用的持續(xù)加速增長(zhǎng)。這些需求必須由新型高亮度 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 來(lái)滿(mǎn)足。新型 LED 驅(qū)動(dòng)器必須提供恒定電流，無(wú)論輸入電壓或 LED 正向電壓如何變化，都可保持均勻的亮度，并以高效率工作，而且提供非常寬的調(diào)光范圍和各種保護(hù)功能，進(jìn)而提高系統(tǒng)可靠性。當(dāng)然，這些 LED 驅(qū)動(dòng)器電路還必須能構(gòu)成占板面積非常緊湊、扁平和熱效率非常高的解決方案。幸運(yùn)的是，凌力爾特不斷重新定義其 LED 驅(qū)動(dòng)器系列，以利用 LT3791 這類(lèi)高亮度 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 迎頭戰(zhàn)勝這些挑戰(zhàn)。此外，凌力爾特已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一個(gè)完整的大電流 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 系列，該系列專(zhuān)門(mén)針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用，適用于從先進(jìn)的前向照明前燈到 LCD 背光照明的各種應(yīng)用。汽車(chē)照明系統(tǒng)持續(xù)需要更高性能的 LED 驅(qū)動(dòng)器，現(xiàn)在，設(shè)計(jì)師有了創(chuàng)新的 IC 解決方案來(lái)滿(mǎn)足這種需求了。