汽車(chē)顯示器需要更明亮的背光照明

　　引言

　　根據Strategies Unlimited公司的數據(參見(jiàn)圖1)，到2012年，高亮度(HB)LED的市場(chǎng)規模預計將達到120億美元，到2015年，該市場(chǎng)將增長(cháng)到202億美元，年復合增長(cháng)率為30.6%。目前，用來(lái)給顯示器進(jìn)行背光照明的LED是這種前所未有的增長(cháng)的主要驅動(dòng)力。用LED對顯示器進(jìn)行背光照明帶來(lái)了一些獨特的LED驅動(dòng)器IC設計挑戰。因為要在多種環(huán)境照明條件下優(yōu)化顯示器的可讀性，這要求LED能提供非常寬的調光比和非常高的轉換效率，同時(shí)能承受汽車(chē)中相對苛刻的電環(huán)境及其它物理環(huán)境的嚴酷挑戰。最后，這些解決方案必須提供非常扁平、緊湊的占板面積，同時(shí)提高性?xún)r(jià)比。

　　汽車(chē)照明系統設計師面臨的最大挑戰之一是：怎樣優(yōu)化最新一代LED的所有優(yōu)勢。因為L(cháng)ED一般需要準確和高效率的DC電流源及調光方法，所以L(fǎng)ED驅動(dòng)器IC必須設計為在多種條件下滿(mǎn)足這些要求。電源解決方案在功能和可靠性方面必須是高效和堅實(shí)的，同時(shí)又非常緊湊和經(jīng)濟實(shí)惠。按理，就驅動(dòng)LED而言，要求最苛刻的應用之一將會(huì )是汽車(chē)信息娛樂(lè )系統和儀表板TFT-LCD背光照明，因為它們處于嚴酷的汽車(chē)電環(huán)境中，必須補償范圍很寬的環(huán)境照明條件變化，而且必須能放入非常有限的空間中，在做到所有這一切的同時(shí)，還要保持富有吸引力的成本結構。

　　汽車(chē)LED背光照明

　　諸如尺寸小、功耗低、壽命極長(cháng)和調光能力強等優(yōu)勢已經(jīng)使得LED TFT-LCD背光照明在當今的汽車(chē)、卡車(chē)、火車(chē)、飛機和輪船中得到了廣泛采用。

　　在這類(lèi)環(huán)境中采用LED有幾種積極的意義。首先，LED永遠不需要更換，因為它們的可靠壽命超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)(11.5年的使用年限)，已經(jīng)超過(guò)了車(chē)輛壽命。這允許汽車(chē)制造商將LED永久性地嵌入到車(chē)內背光照明系統中，而不需要為更換留有余地。因為L(cháng)ED照明系統不需要冷陰極熒光燈(CCFL)燈那么大的深度或面積，所以款式也可以顯著(zhù)改變。另外，在從輸入電功率提供光輸出(以流明為單位)方面，LED一般比白熾燈的效率高。這有兩種積極作用。首先，LED從汽車(chē)總線(xiàn)泄漏的電功率較少，而且同樣重要的是，使用LED減少了顯示器散發(fā)的熱量，從而無(wú)需笨重、昂貴的散熱器。

　　LED背光照明的另一個(gè)重要好處是，高性能LED驅動(dòng)器IC能提供較寬的調光比。由于汽車(chē)內部經(jīng)受著(zhù)范圍非常寬的環(huán)境照明條件變化，包括從太陽(yáng)光直射到完全黑暗之間的每一種變化，而人眼對光輸出中的微小擾動(dòng)又非常敏感，顯示屏需要相應地調暗或調亮，因此首要的是，LED背光照明系統能提供非常寬的、從1000:1到高達30000:1的調光比。采用合適的LED驅動(dòng)器IC，相對容易實(shí)現這類(lèi)寬調光比，而用CCFL背光照明則是不可能的。圖3顯示了一個(gè)LED背光照明儀表板和共享LED背光照明的信息娛樂(lè )系統顯示屏。

　　汽車(chē)LED照明設計參數

　　為了確保最佳性能和長(cháng)工作壽命，LED需要有效的驅動(dòng)電路。這類(lèi)驅動(dòng)器IC必須能靠條件相當苛刻的汽車(chē)電源總線(xiàn)工作，而且經(jīng)濟實(shí)惠、空間利用效率高。為了保持長(cháng)工作壽命，首要的是不超過(guò)LED的電流和溫度限制。

　　汽車(chē)行業(yè)的主要挑戰之一是克服汽車(chē)電源總線(xiàn)上嚴酷的電環(huán)境。這主要包含稱(chēng)為負載突降和冷車(chē)發(fā)動(dòng)的瞬態(tài)情況。負載突降指的是，電池電纜斷接，同時(shí)交流發(fā)電機仍然在給電池充電的情況。當電池電纜連接不牢固而汽車(chē)正在運行時(shí)，或當電池電纜斷開(kāi)而汽車(chē)正在行駛時(shí)，可能發(fā)生這種情況。電池電纜這種突然斷接能產(chǎn)生高達40V的瞬態(tài)電壓尖峰，因為交流發(fā)電機正在嘗試給已經(jīng)不存在的電池充電。交流發(fā)電機上的瞬態(tài)電壓抑制器通常將總線(xiàn)電壓鉗位到大約36V，并吸收大部分電流浪涌;不過(guò)交流發(fā)電機下游的DC/DC轉換器要承受這36V至40V的瞬態(tài)電壓尖峰。這些轉換器要求不被損壞，并在這種瞬態(tài)事件發(fā)生時(shí)調節輸出電壓。有各種不同的保護電路可供選擇，通常是瞬態(tài)電壓抑制器。瞬態(tài)電壓抑制器可以在外部采用，不過(guò)增加了成本和重量，并占用空間。

　　“冷車(chē)發(fā)動(dòng)”指的是，當汽車(chē)發(fā)動(dòng)機承受寒冷或冰凍溫度一段時(shí)間時(shí)發(fā)生的情況。發(fā)動(dòng)機機油變得極度黏滯，需要發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)器提供更大的扭矩，這反過(guò)來(lái)又從電池吸取更大的電流。這種大電流負載在點(diǎn)火時(shí)可能將電池/主總線(xiàn)電壓拉低至6V，之后負載通常返回標稱(chēng)的12V。

　　幸運的是，對這些問(wèn)題已經(jīng)有了解決方案，那就是凌力爾特公司的LT3760，該器件能在這兩種情況時(shí)不被損壞，并調節一個(gè)固定輸出電壓。LT3760的6V至40V的輸入電壓范圍使其非常適用于汽車(chē)環(huán)境。甚至當VIN大于VOUT(這種情況可能在40V瞬態(tài)時(shí)發(fā)生)時(shí)，LT3760仍將調節所需的LED電流。