新型LED驅(qū)動(dòng)器IC可實(shí)現(xiàn)大功率汽車LED前燈

到2015年， 高亮度(HB)LED的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到202 億美元( 數(shù)據(jù)來源：Strategies Unlimited)。驅(qū)動(dòng)這種增長(zhǎng)的關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域之一是汽車設(shè)計(jì)中使用的LED，包括前燈、白天行車燈、剎車燈、儀表顯示板背光照明、各種車內(nèi)梳妝照明等。這種令人驚嘆的增長(zhǎng)速度不僅是因?yàn)長(zhǎng)ED具備高可靠性、低功耗以及更緊湊的外形尺寸，還因?yàn)長(zhǎng)ED能夠用來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，例如可轉(zhuǎn)向前燈和防眩調(diào)光等。在汽車環(huán)境中，所有這些改進(jìn)都必須優(yōu)化，同時(shí)還要承受相對(duì)嚴(yán)苛的汽車電氣及物理環(huán)境的考驗(yàn)。不用說，這些解決方案還必須非常扁平、占板面積非常緊湊，同時(shí)能夠提高總體性價(jià)比。

盡管LED用于白天行車燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向指示燈和內(nèi)部照明已經(jīng)多年，但是少數(shù)特定于前燈的應(yīng)用還是不久前才出現(xiàn)的，例如應(yīng)用于奧迪A8和R8以及雷克薩斯LS600h的前燈。不過，在過去一年間，多家汽車制造商已經(jīng)在其最流行的車型中引入了LED前燈。2014 年，豐田為其最暢銷的卡羅拉車型引入了LED前燈，此外，豐田的其他幾款車型也采用了LED前燈。本田、日產(chǎn)、保時(shí)捷和奧迪也在大多數(shù)即將上市的車型中引入了LED前燈。很多人估計(jì)，2014年LED前燈市場(chǎng)規(guī)模將超過30億美元。

汽車照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨的最大挑戰(zhàn)之一是怎樣充分發(fā)揮最新一代HB LED的所有優(yōu)勢(shì)。HB LED一般需要一個(gè)準(zhǔn)確和高效率的直流電流源和一種調(diào)光方法。LED驅(qū)動(dòng)器IC設(shè)計(jì)必須能夠在多種條件下滿足這些要求。因此，電源轉(zhuǎn)換解決方案必須效率非常高、功能非常可靠，同時(shí)必須非常緊湊，并具有很高的性價(jià)比。可以說，就驅(qū)動(dòng)HB LED而言，要求最嚴(yán)苛的應(yīng)用之一就是汽車前燈應(yīng)用，因?yàn)檫@類應(yīng)用須承受嚴(yán)苛的汽車電氣環(huán)境的考驗(yàn)，必須提供很大的功率(一般情況下為50W~75W)，必須能夠放進(jìn)熱量和空間都受限的外罩中，與此同時(shí)還必須保持富有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。

汽車LED前燈

尺寸小、壽命極長(zhǎng)、低功耗、強(qiáng)大的調(diào)光能力等優(yōu)勢(shì)是HB LED前燈得到廣泛采用的催化劑。幾年前，奧迪、戴姆勒、雷克薩斯等汽車制造商都開始采用LED，以設(shè)計(jì)非常與眾不同的行車燈或前燈的“眉毛”，以此彰顯其品牌的與眾不同。在謳歌的寶石眼設(shè)計(jì)、保時(shí)捷的4象限設(shè)計(jì)以及無數(shù)新出現(xiàn)的設(shè)計(jì)中，LED前燈設(shè)計(jì)都體現(xiàn)了類似的趨勢(shì)。

將LED用于汽車前燈有幾種積極影響。首先，這種前燈不需要更換，因?yàn)槠涔虘B(tài)器件壽命超過10萬(wàn)小時(shí)(11.5年使用年限)，這超過了車輛的使用壽命。因此汽車制造商可以永久性地將LED嵌入到前燈設(shè)計(jì)中，而無需考慮更換問題。這使前燈的款式能夠有很大的變化，因?yàn)長(zhǎng)ED照明系統(tǒng)不需要氙氣燈(HID)或鹵素?zé)裟菢拥纳疃然蛎娣e。在靠輸入電功率提供光輸出(以流明為單位)時(shí)，HB LED的效率也比鹵素?zé)舾?而且不久就將高于HID ) .這有兩個(gè)方面的積極影響。首先，LED照明系統(tǒng)從汽車總線消耗的電功率較低，這在電動(dòng)型汽車和混合動(dòng)力汽車中尤其重要，而同等重要的是，LED照明系統(tǒng)減少了需要從外殼散出的熱量，從而無需任何笨重、昂貴的散熱裝置。最后，通過使用HB L E D陣列，并以電子方式改變其方向或?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)光，這樣的解決方案可設(shè)計(jì)成在很多不同的行駛條件下優(yōu)化照明。

設(shè)計(jì)參數(shù)

為了確保最佳性能和較長(zhǎng)的工作壽命，LED需要一種有效的驅(qū)動(dòng)電路。這類驅(qū)動(dòng)器IC必須提供準(zhǔn)確的直流電流源，而且無論輸入電源的變化范圍有多寬，都要提供嚴(yán)格控制的LED電壓調(diào)節(jié)。汽車電池總線中見到的極端電壓范圍為冷發(fā)動(dòng)/啟停情況下的4.7V至負(fù)載突降情況下的60V.但更常見的是，電池總線電壓在通常情況下工作在9V~16V.因?yàn)楹芏噙@類新型LED前燈應(yīng)用使用4至8個(gè)串聯(lián)HB LED，且電壓降為12V~25V，而電池總線電壓范圍可能為4.7V~60V，所以需要升降壓拓?fù)浣oLED供電，其原因是輸入電壓可能高于、低于或等于所需的LED串電壓。其次，LED驅(qū)動(dòng)器必須提供一種調(diào)光方法，并提供多種保護(hù)功能，以防遭遇LED開路或短路問題。除了可在電氣環(huán)境十分嚴(yán)苛的汽車電源總線可靠工作，LED驅(qū)動(dòng)器還必須具備高性價(jià)比和占用空間小的特點(diǎn)。

一種新型同步升降壓HB LED驅(qū)動(dòng)器

凌力爾特公司的LT3791 LED驅(qū)動(dòng)器可以應(yīng)對(duì)上述困境。LT3791是一款同步升降壓DC/DC LED驅(qū)動(dòng)器和電壓控制器，可提供超過100W的LED功率。其4.7V~60V輸入電壓范圍使該器件非常適合多種應(yīng)用，包括汽車、卡車，甚至航空電子設(shè)備的HB LED前燈。同樣，其輸出電壓可以在0V~60V范圍內(nèi)設(shè)置，從而使其能夠在單串中驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED。

圖1所示為一個(gè)典型 50W前燈應(yīng)用。該應(yīng)用使用單個(gè)電感準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)25V/2ALED串，提供50W LED功率。這個(gè)電路提供50：1 PWM調(diào)光比，能很好地滿足防眩光自動(dòng)調(diào)光要求。輸入和輸出LED電流受到監(jiān)視，同時(shí)提供故障保護(hù)，以承受并報(bào)告開路或短路LED情況。

圖1：具50：1調(diào)光比、效率達(dá)98%的50W(25V、2A)升降壓LED驅(qū)動(dòng)器。

其內(nèi)部4開關(guān)升降壓控制器能夠在高于、低于或等于輸出電壓的輸入電壓下工作，非常適合汽車應(yīng)用。降壓、直通和升壓工作模式之間的轉(zhuǎn)換是無縫的，盡管電源電壓變化范圍很寬，也能提供良好穩(wěn)定的輸出。LT3791的獨(dú)特設(shè)計(jì)采用3個(gè)控制環(huán)路，監(jiān)視輸入電流、LED電流和輸出電壓，從而提供最佳的性能和可靠性。

LT3791采用4個(gè)外部開關(guān)MOSFET，能夠以高達(dá)98%的效率連續(xù)提供從5W直至超過100W的LED功率，參見圖2.在以常規(guī)方法供電的車輛中，高效率很重要，可最大限度降低對(duì)散熱措施的需求，實(shí)現(xiàn)占板面積非常緊湊的扁平解決方案。而在電動(dòng)汽車中，這種功率節(jié)省還延長(zhǎng)了兩次充電之間車輛可行駛的里程。

圖2：圖1中的LED效率。

±6%的LED電流準(zhǔn)確度確保了一個(gè)LED串中的每個(gè)LED都有恒定亮度，同時(shí)，±2%的輸出電壓準(zhǔn)確度可用來提供幾種LED保護(hù)功能，而且還使轉(zhuǎn)換器能夠作為恒定電壓源工作。LT3791可按照應(yīng)用要求，使用模擬或PWM調(diào)光。此外，其開關(guān)頻率可在200kHz~700kHz設(shè)定，或同步至一個(gè)外部時(shí)鐘。其他功能包括輸出斷開、輸入和輸出電流監(jiān)視，以及集成的故障保護(hù)。