下一代汽車(chē)照明電源

引言

縱觀(guān)整個(gè)汽車(chē)照明設備的發(fā)展歷史，電源始終扮演著(zhù)重要角色。起初，汽車(chē)僅需要前燈，以便在黑暗中看清道路。隨后，為了安全以及更好地協(xié)調不斷增長(cháng)的交通流量，增加了其它光源 — 尾燈、指示燈等。報警和霧燈在極端情況下提供了特殊功能。內部光源，如儀表板、頂燈、地圖燈、開(kāi)門(mén)燈等為駕駛員和乘客提供了便利。除了早期型號，所有這些光源均采用電能供電并且使用白熾燈泡。

最近幾年，其它光源，如發(fā)光二極管(LED)以及冷陰極熒光燈(CCFL)逐漸成為了汽車(chē)的普通光源。這些新光源的關(guān)鍵優(yōu)勢是具有較長(cháng)的使用壽命和更高效率。白熾燈的典型壽命為10,000小時(shí)，而熒光燈可達50,000小時(shí)，LED則高達100,000小時(shí)。使用壽命的延長(cháng)提高了可靠性，并減少了維護工作，最終降低了服務(wù)成本。LED的其它優(yōu)點(diǎn)包括低工作電壓、低電磁輻射、抗機械應力強、形狀設計靈活、工作溫度范圍寬以及亮度調節范圍寬。隨著(zhù)LED技術(shù)的發(fā)展，用它取代其它的技術(shù)趨勢也更加明顯，但是，就目前的應用情況來(lái)看，CCFL仍然占據某些應用領(lǐng)域的優(yōu)勢，如大屏幕背光以及那些需要大功率非聚焦光源的場(chǎng)合。

CCFL和LED光源需要適當的供電電源，而且，不同技術(shù)具有不同的特殊要求，電源必須提供特別的應用和功能。本文為L(cháng)ED和CCFL光源提供了一些電源解決方案，針對不同的汽車(chē)內部和外部照明裝置，討論了具體的設計方法。

應用

內部照明

內部照明應用包括儀表盤(pán)和儀表盤(pán)背光、頂燈和地圖燈、安裝在門(mén)上或車(chē)體上的開(kāi)門(mén)燈以及背光。由于背光顯示有特別的要求，將在后面的文章中單獨討論。

所有內部的照明應用都可以使用LED作為光源。地圖燈和頂燈通常使用一個(gè)高亮度LED，儀表盤(pán)和開(kāi)門(mén)燈通常需要一個(gè)以上的LED串聯(lián)實(shí)現。串行連接有利于避免不同LED的電流(對應顏色)失配。所有應用都需要一個(gè)集成了亮度調節功能的恒流源。圖1和2給出了針對內部照明應用進(jìn)行優(yōu)化、可提供各種不同功能的電源IC。

MAX16800具有高輸入電壓范圍(達40V)，因此可以直接連接到汽車(chē)電池而不需要保護器件，保護器件一般用來(lái)抵御電池負載變化帶來(lái)的浪涌電壓。該器件能夠為L(cháng)ED提供恒定電流，電流值可以通過(guò)與LED串聯(lián)的檢流電阻RSENSE設置。為了提高電流設置精度，提高對外部噪聲的抑制能力，MAX16800采用了差分電流檢測輸入方式。

LED的色度隨其電流的變化而改變，因此調整LED亮度的最好方法是通過(guò)脈寬調制(PWM)信號對一個(gè)固定電流進(jìn)行斬波實(shí)現，而不是改變電流的實(shí)際幅度。MAX16800通過(guò)在器件的使能輸入引腳作用一個(gè)PWM信號來(lái)調整LED亮度。通過(guò)LED的電流按照PWM信號的頻率開(kāi)啟和關(guān)斷。

電磁干擾(EMI)抑制在汽車(chē)應用中非常重要，這一設計要求與不產(chǎn)生EMI同等重要。對LED電流進(jìn)行通、斷控制時(shí)無(wú)論如何都會(huì )產(chǎn)生EMI輻射。因此，為了降低PWM調光時(shí)的EMI，MAX16800集成了波形整形電路，以便平滑開(kāi)關(guān)信號的邊沿。

很多照明系統中沒(méi)有可以利用的微控制器來(lái)產(chǎn)生PWM調光信號，對于這種情況，可以采用MAX16805/MAX16806 LED驅動(dòng)器。這兩款器件均可由內部產(chǎn)生PWM信號，PWM信號由加在DIM輸入引腳的外部模擬電壓設置。不采用模擬調光時(shí)，MAX16806有一個(gè)開(kāi)關(guān)輸入(SW)，該開(kāi)關(guān)輸入不僅檢測開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并具有去抖功能，為開(kāi)關(guān)提供濕電流。

在某些照明應用中，必須密切監測LED的溫度，這一點(diǎn)對于空間緊湊，特別是散熱條件較差的系統特別重要。LED過(guò)熱會(huì )降低LED的使用壽命，從而減弱了該類(lèi)光源的關(guān)鍵優(yōu)勢之一。幸運的是，通過(guò)短時(shí)間調低LED亮度，在大多數應用中可以避免過(guò)熱現象。為了達到這個(gè)目的，MAX16806為外部溫度傳感器提供了一個(gè)輸入端。當檢測到過(guò)熱時(shí)，器件可以調低亮度，直到溫度恢復到可以接受的范圍。溫度和亮度調節門(mén)限可以通過(guò)串口編程，并存儲到EEPROM。該功能可以省去昂貴的大尺寸散熱器。

MAX16805/MAX16806的內部基準用于監測反饋回路的LED電流，并且可以通過(guò)串口調整。因此，實(shí)際應用中可以對各路LED使用固定的檢流電阻，簡(jiǎn)化了設備生產(chǎn)并降低成本。

背光顯示

現在，液晶顯示器(LCD)被廣泛用于儀表盤(pán)、車(chē)載計算機、廣播、導航系統以及娛樂(lè )系統。與上述例子不同的是：背光照明需要將光散射到盡量大的面積，而不是產(chǎn)生聚焦光束。

傳統上，由于CCFL背光效率高、溫度低并可提供較高的光照功率，LCD屏主要采用CCFL作為背光源。雖然CCFL控制器在汽車(chē)電子以外的領(lǐng)域應用非常成功(例如LCD TV或計算機監視器)，但汽車(chē)環(huán)境下的設計具有特殊的挑戰和需求。

由于基本的CCFL電路中包含有外部晶體管、變壓器和燈管，CCFL架構存在EMI輻射源。圖3給出了利用DS3881CCFL控制器構建的CCFL燈管電源電路，該設計優(yōu)化于汽車(chē)應用環(huán)境。DS3881利用擴展頻譜和頻率偏移技術(shù)大大降低了EMI輻射，并把噪聲頻譜搬移到系統不敏感的頻段，從而克服了EMI輻射這一難題。

汽車(chē)電子的另一特殊要求是低溫工作，DS3881具有一個(gè)特別的燈管電流過(guò)驅動(dòng)模式，當溫度很低時(shí)，該模式可以迅速加熱燈管，從而實(shí)現快速啟動(dòng)。該器件還具有多種故障檢測，可以監測燈管故障、燈管開(kāi)路、過(guò)流、啟動(dòng)失效以及過(guò)壓故障。

由于DS3881具有極高的集成度，只需極少的外部元件，大大降低了物料(BOM)成本并有助于簡(jiǎn)化設計。多個(gè)DS3881控制器可以級聯(lián)使用，支持多燈管的大顯示屏設計。所有的性能和功能均可通過(guò)引腳或串口設置，并且可以將設置存儲到內部非易失存儲器中。

對于小尺寸顯示屏，可以選擇LED陣列用于CCFL背光。多串LED面臨獨特的設計挑戰，特別是需要在整個(gè)區域提供均勻的亮度和色彩。圖4給出了一個(gè)特殊的基于LED的LCD背光電路。