汽車(chē)電子系統應用的LED驅動(dòng)解決方案

簡(jiǎn)介

目前，越來(lái)越多的汽車(chē)電子系統應用照明設計師正在采用LED照明滿(mǎn)足實(shí)用和美觀(guān)的用途。眾所周知，LED適用于各種汽車(chē)照明元件，例如大燈、白天行車(chē)燈、霧燈、轉向信號燈、內部照明、資訊娛樂(lè )的背光照明，以及組合尾燈(RCL)和高位制動(dòng)燈(CHMSL)。

在建立LED供電的電子驅動(dòng)解決方案時(shí)，需要考慮兩個(gè)主要的DC/DC電源類(lèi)別，分別是線(xiàn)性穩壓器和開(kāi)關(guān)穩壓器。線(xiàn)性穩壓器具有減少零部件數和降低電磁干擾(EMI)的優(yōu)點(diǎn)，但在效率和熱耗方面有嚴重的弊端。因此，開(kāi)關(guān)穩壓器是很多設計師的驅動(dòng)解決方案首選。直流電源和需要的LED數目與類(lèi)型決定了LED驅動(dòng)器的拓撲結構選擇。如果電源電壓超出總LED電壓，就需要降壓轉換器。如果LED組的電壓超出電源電壓，就需要升壓轉換器。最后，根據具體的條件，LED電壓可能高于或低于電源電壓，這樣，就應該采用降壓/升壓或單端初級電感轉換器(SEPIC)等電源拓撲技術(shù)。

在設計照明系統時(shí)，除了LED供電外，還需要考慮很多因素。LED電路設計的另一項主要考慮因素是熱管理。LED驅動(dòng)器集成電路改進(jìn)熱性能的一種方式是通過(guò)控制LED正向電流，LED正向電流是關(guān)于溫度的函數。這可以通過(guò)使用外部電流來(lái)感應溫度和控制對LED的電流供應來(lái)實(shí)現，但更高效的解決方案是利用具有必要內置功能的集成電路。

美國國家半導體的產(chǎn)品包含可實(shí)現多種拓撲結構的眾多開(kāi)關(guān)穩壓器集成電路。此外，美國國家半導體專(zhuān)為L(cháng)ED應用開(kāi)發(fā)了一系列集成電路，其中很多具有適合汽車(chē)電子系統應用的功能。本文將探討幾個(gè)汽車(chē)電子系統大燈驅動(dòng)的應用示例。

使用升壓穩壓器的大燈示例

LED正越來(lái)越多地用于汽車(chē)大燈及其他前視照明系統。典型的大燈應用可能使用以多種方式排列的10個(gè)白色LED。對于各LED最大VF為4V的情況，如果設計師希望使用在一個(gè)燈組中串聯(lián)全部LED的拓撲結構，將需要設置DC/DC級來(lái)驅動(dòng)LED。在這種情況下，可以對標稱(chēng)12V~14VDC電源總線(xiàn)使用單個(gè)升壓開(kāi)關(guān)功率級。

美國國家半導體研發(fā)的多種集成電路正是符合這種應用要求，例如LM342x系列：LM3421、LM3423、LM3424和LM3429部件。此系列集成電路包含多種多用途部件，可用作升壓、降壓、降壓/升壓或SEPIC拓撲結構中低側外部MOSFET的控制器。LM3421、LM3423和LM3429部件都使用峰值電流模式控制器和預測性關(guān)閉時(shí)間設計來(lái)調節LED電流。峰值電流模式控制器與預測性關(guān)閉時(shí)間設計的組合簡(jiǎn)化了回路補償設計，同時(shí)提供內在的輸入電壓前饋補償。LM3429是系列中的基本部件，是優(yōu)化了成本和尺寸特點(diǎn)的控制器解決方案。LM3421增設了用于控制外部調光FET和系統“零電流”關(guān)閉特點(diǎn)的集成驅動(dòng)器。LM3423進(jìn)一步增加了LED狀態(tài)輸出標記、故障標記、可編程故障計時(shí)器和邏輯針腳，用于控制調光驅動(dòng)器的極性。最后，LM3424與LM3421類(lèi)似，但使用標準峰值電流模式控制器。LM3424還具有對開(kāi)關(guān)頻率編程的功能，或通過(guò)可編程斜率補償、軟啟動(dòng)和LED電流熱返送功能使開(kāi)關(guān)頻率與外部來(lái)源同步。

LM342x系列使用控制器集成電路實(shí)現所需功能和總體系統設計的最大靈活性。圖1以L(fǎng)M3421為例，顯示升壓配置中使用LM342x系列驅動(dòng)LED燈組的一個(gè)示例。LM342x拓撲結構的一個(gè)主要特點(diǎn)是在LED高側進(jìn)行電流感應，允許燈組中的最后LED的陰極局部在底盤(pán)接地，并使感應電壓可以差分地饋送回集成電路。這是一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，因為使LED燈組和驅動(dòng)器集成電路可以彼此分離。

圖1使用LM3421的升壓穩壓器驅動(dòng)10個(gè)LED

使用熱返送升壓穩壓器的大燈示例

LED制造商通常在數據表中包含顯示LED最大允許正向電流和溫度的圖線(xiàn)，以確保部件的可靠性，這也稱(chēng)為安全工作區(SOA)。LED的最大電流額定值在較低溫度測得，但在超出特定溫度后，最大允許電流值降低。由于LED系統的首要設計要素是適當的散熱和通風(fēng)，因此很多應用需要考慮不可預測的狀況，即使最佳的熱設計也可能無(wú)法預防這些狀況。例如大燈組件被污泥或其他碎屑堵塞的情況。由于對車(chē)輛的安全操作至關(guān)重要，因此在此類(lèi)情況下，需要保持LED在較低操作點(diǎn)正常照明，同時(shí)使電流保持在安全工作區，以預防照明系統的災難性故障。