針對LED車前燈和DRL的LED驅(qū)動器設(shè)計(jì)方案

就驅(qū)動高亮度LED而言，要求最苛刻的應(yīng)用就是汽車前燈照明應(yīng)用。有數(shù)據(jù)顯示，到2014年LED前燈市場將超過30億美元，并將以指數(shù)級增長。本文介紹的LED驅(qū)動器設(shè)計(jì)方案特別針對LED車前燈照明應(yīng)用，為設(shè)計(jì)師們提供新的選擇。

雖然LED 被許多汽車照明應(yīng)用所廣泛接納已經(jīng)好多年了，包括日間行車燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向燈和車內(nèi)照明等，但專門針對車前燈應(yīng)用的LED 仍比較新。目前，僅有少數(shù)量產(chǎn)車提供了LED 前燈，其中包括本田雅閣、奧迪A8 和 R8、雷克薩斯LS600h 和 RX450h、豐田普瑞斯、凱迪拉克凱雷德以及保時(shí)捷卡宴。有些業(yè)界估計(jì)數(shù)據(jù)表明，2013 年 LED 前燈市場大約為15億美元，預(yù)計(jì)到2014年，該市場將超過30億美元，并繼續(xù)以指數(shù)級增長。

汽車照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)師最大的挑戰(zhàn)之一是：怎樣優(yōu)化最新一代高亮度LED 的所有優(yōu)勢。高亮度LED 需要一個準(zhǔn)確、高效率的DC 電流源，要有調(diào)光方法，而且必須提供各種保護(hù)功能。此外，這些LED 的驅(qū)動器IC 必須設(shè)計(jì)為能在多種多樣的條件下滿足上述要求。因此，電源解決方案必須效率非常高、提供堅(jiān)固的功能和可靠性，同時(shí)又是非常緊湊和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的?？梢哉f，就驅(qū)動高亮度LED 而言，要求最苛刻的應(yīng)用就是汽車前燈照明應(yīng)用，包括白天行車燈和前燈，因?yàn)檫@類應(yīng)用所處的是嚴(yán)酷的汽車電氣環(huán)境，必須提供大功率，一般在15W 至75W 之間，還必須放入空間非常有限的外殼中，在達(dá)到所有這一切要求的同時(shí)，還要保持富有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。

LED 白天行車燈和前燈

尺寸小、壽命極長、低功耗、更強(qiáng)的調(diào)光能力等優(yōu)勢，是高亮度LED 白天行車燈和前燈得到廣泛采用的催化劑。幾家汽車制造商(例如奧迪和梅塞德斯奔馳、以及雷克薩斯和豐田)都用LED 設(shè)計(jì)了非常獨(dú)特的白天行車燈，讓這些白天行車燈成為前燈的“眉毛”或“底線”，以此彰顯品牌的獨(dú)有魅力。這些應(yīng)用不僅從設(shè)計(jì)角度來看非常獨(dú)特，而且在提供可靠、具成本效益的解決方案時(shí)也有一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。隨著高亮度LED 逐步用在近光和遠(yuǎn)光前燈中，這些挑戰(zhàn)也變得愈加顯著了。 起 / 停、冷車發(fā)動和負(fù)載突降情況

雖然汽車系統(tǒng)電源總線在交流發(fā)電機(jī)給電池充電時(shí)采用14V 的標(biāo)稱電壓供電運(yùn)作，但是汽車運(yùn)轉(zhuǎn)中不同的狀況會導(dǎo)致該電壓短暫地下降到低至6V ( 在冷車發(fā)動或車輛起 / 停期間)。在非常寒冷的天氣里，冷車發(fā)動狀態(tài)會從電池抽取很大的電流以彌補(bǔ)發(fā)動機(jī)潤滑油的高粘度，而這又會把電壓拉低至大約6V。同樣，一輛采用起 /停功能的汽車也會在引擎重新發(fā)動時(shí)將電池電壓拉到6V 左右，而電池在車輛的發(fā)動機(jī)和交流發(fā)電機(jī)關(guān)閉時(shí)將承擔(dān)照明、空調(diào)和其他車載娛樂設(shè)備的繁重供電任務(wù)。當(dāng)電池電纜意外斷接 / 重接 ( 即：出現(xiàn)松動) 而交流發(fā)電機(jī)仍然對電池進(jìn)行充電時(shí)，就會發(fā)生負(fù)載突降情況，從而導(dǎo)致高達(dá)60V的瞬態(tài)電壓尖峰。

LED驅(qū)動器短路保護(hù)

就白天行車燈和前燈而言，單串高亮度LED 串中包括6 到20 個LED。由于標(biāo)稱輸入電壓為13.8V，在某些瞬態(tài)情況下甚至更低，所以一般首選升壓型LED 驅(qū)動器架構(gòu)，因?yàn)檫@種架構(gòu)比SEPIC 或降壓- 升壓型設(shè)計(jì)效率更高、更簡單和具成本效率。不過，直到不久前，升壓型架構(gòu)一直難以抵御短路的影響。在汽車應(yīng)用中這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)長ED 在前端碰撞中容易被損壞，而且任何電弧都可能點(diǎn)燃濺出的汽油。由于這個原因，過去大多數(shù)前端照明LED 應(yīng)用都采用更昂貴和更復(fù)雜的SEPIC 解決放案，這種解決方案具備固有的短路保護(hù)能力。然而，隨著新的和具備非常堅(jiān)固保護(hù)能力的升壓型LED 驅(qū)動器的出現(xiàn)，未來的應(yīng)用將會采用這種設(shè)計(jì)，以提供效率更高和具成本效益的解決方案。

LED驅(qū)動器EMI 問題

降低LED 驅(qū)動器的任何電磁干擾(EMI) 都有利于電源總線的總體設(shè)計(jì)。因?yàn)長ED 驅(qū)動器通常是基于開關(guān)穩(wěn)壓器的，所以降低開關(guān)噪聲是人們所希望的。這可以通過采用擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制來實(shí)現(xiàn)。正如在圖2 中可以看到的那樣，這種調(diào)制方法通過在較寬的頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展頻譜，將輸出開關(guān)噪聲降低了20dB，從而極大地減輕了EMI 問題。

一種新的汽車高亮度LED 驅(qū)動器控制器

凌力爾特公司的LT3795 LED 驅(qū)動器是一款升壓型DC/DC LED 驅(qū)動器，可提供超過100W 的LED 功率。該器件具備6V 至110V 的輸入電壓范圍，因此非常適用于汽車、商用卡車甚至航空系統(tǒng)中的多種高亮度LED 應(yīng)用。其高壓側(cè)電流檢測設(shè)計(jì)可配置為升壓模式、降壓- 升壓模式、SEPIC 和降壓模式架構(gòu)，從而可提供多種設(shè)計(jì)靈活性。此外，其輸出電壓可以在0V 至110V的范圍內(nèi)設(shè)定，從而能驅(qū)動多種單串LED，同時(shí)在升壓型設(shè)計(jì)中，能提供非常堅(jiān)固和簡單的短路保護(hù)。

一種典型的50W 前燈應(yīng)用如圖3所示。這個應(yīng)用采用了升壓型架構(gòu)，以提供高達(dá)87V 的LED 電壓，該電壓能以超過600mA 的LED 電流驅(qū)動多達(dá)20 個LED。大多數(shù)白天行車燈都采用8 到15 個LED，電流在350mA范圍內(nèi)，而近光前燈會采用約為50V的1A LED，遠(yuǎn)光前燈則可能采用高達(dá)2A 和50V。LT3795 可用于所有這些應(yīng)用。

結(jié)論

對更高性能和更高性價(jià)比永無止境的需求，促進(jìn)了高亮度LED 應(yīng)用的持續(xù)加速增加，尤其是在汽車白天行車燈和前燈中的LED 應(yīng)用。這種需求必須要有新的高亮度LED 驅(qū)動器IC才能滿足。這些LED 驅(qū)動器必須提供恒定電流，無論輸入電壓或LED 正向電壓怎樣變化，都能保持一致的亮度，同時(shí)這些LED 驅(qū)動器還必須以高效率工作、提供非常寬的調(diào)光范圍、以及各種保護(hù)功能 ( 例如: 短路和開路保護(hù)) 以提高系統(tǒng)可靠性。當(dāng)然，這種LED 驅(qū)動器電路還必須提供占板面積非常緊湊、扁平和熱效率非常高的解決放案。凌力爾特公司LED 驅(qū)動器系列，以憑借LT3795 等高亮度 LED 驅(qū)動器IC 應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。此外，凌力爾特公司已經(jīng)開發(fā)了一個完整的大電流LED 驅(qū)動器IC 系列，該系列專門針對汽車應(yīng)用，從先進(jìn)的前向照明前燈到LCD 背光照明，可用于多種應(yīng)用。在汽車照明系統(tǒng)不斷要求性能更高的LED 驅(qū)動器之際，設(shè)計(jì)師有了創(chuàng)新的IC 解決方案以滿足他們的要求。