新型LED驅動(dòng)器IC可實(shí)現大功率汽車(chē)LED前燈

到2015年， 高亮度(HB)LED的市場(chǎng)規模預計將達到202 億美元( 數據來(lái)源：Strategies Unlimited)。驅動(dòng)這種增長(cháng)的關(guān)鍵應用領(lǐng)域之一是汽車(chē)設計中使用的LED，包括前燈、白天行車(chē)燈、剎車(chē)燈、儀表顯示板背光照明、各種車(chē)內梳妝照明等。這種令人驚嘆的增長(cháng)速度不僅是因為L(cháng)ED具備高可靠性、低功耗以及更緊湊的外形尺寸，還因為L(cháng)ED能夠用來(lái)實(shí)現創(chuàng )新設計，例如可轉向前燈和防眩調光等。在汽車(chē)環(huán)境中，所有這些改進(jìn)都必須優(yōu)化，同時(shí)還要承受相對嚴苛的汽車(chē)電氣及物理環(huán)境的考驗。不用說(shuō)，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?xún)r(jià)比。

盡管LED用于白天行車(chē)燈、剎車(chē)燈、轉向指示燈和內部照明已經(jīng)多年，但是少數特定于前燈的應用還是不久前才出現的，例如應用于奧迪A8和R8以及雷克薩斯LS600h的前燈。不過(guò)，在過(guò)去一年間，多家汽車(chē)制造商已經(jīng)在其最流行的車(chē)型中引入了LED前燈。2014 年，豐田為其最暢銷(xiāo)的卡羅拉車(chē)型引入了LED前燈，此外，豐田的其他幾款車(chē)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即將上市的車(chē)型中引入了LED前燈。很多人估計，2014年LED前燈市場(chǎng)規模將超過(guò)30億美元。

汽車(chē)照明系統設計師面臨的最大挑戰之一是怎樣充分發(fā)揮最新一代HB LED的所有優(yōu)勢。HB LED一般需要一個(gè)準確和高效率的直流電流源和一種調光方法。LED驅動(dòng)器IC設計必須能夠在多種條件下滿(mǎn)足這些要求。因此，電源轉換解決方案必須效率非常高、功能非?？煽?，同時(shí)必須非常緊湊，并具有很高的性?xún)r(jià)比?？梢哉f(shuō)，就驅動(dòng)HB LED而言，要求最嚴苛的應用之一就是汽車(chē)前燈應用，因為這類(lèi)應用須承受?chē)揽恋钠?chē)電氣環(huán)境的考驗，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構。

汽車(chē)LED前燈

尺寸小、壽命極長(cháng)、低功耗、強大的調光能力等優(yōu)勢是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(chē)制造商都開(kāi)始采用LED，以設計非常與眾不同的行車(chē)燈或前燈的“眉毛”，以此彰顯其品牌的與眾不同。在謳歌的寶石眼設計、保時(shí)捷的4象限設計以及無(wú)數新出現的設計中，LED前燈設計都體現了類(lèi)似的趨勢。

將LED用于汽車(chē)前燈有幾種積極影響。首先，這種前燈不需要更換，因為其固態(tài)器件壽命超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)(11.5年使用年限)，這超過(guò)了車(chē)輛的使用壽命。因此汽車(chē)制造商可以永久性地將LED嵌入到前燈設計中，而無(wú)需考慮更換問(wèn)題。這使前燈的款式能夠有很大的變化，因為L(cháng)ED照明系統不需要氙氣燈(HID)或鹵素燈那樣的深度或面積。在靠輸入電功率提供光輸出(以流明為單位)時(shí)，HB LED的效率也比鹵素燈高(而且不久就將高于HID ) .這有兩個(gè)方面的積極影響。首先，LED照明系統從汽車(chē)總線(xiàn)消耗的電功率較低，這在電動(dòng)型汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)中尤其重要，而同等重要的是，LED照明系統減少了需要從外殼散出的熱量，從而無(wú)需任何笨重、昂貴的散熱裝置。最后，通過(guò)使用HB L E D陣列，并以電子方式改變其方向或對其進(jìn)行調光，這樣的解決方案可設計成在很多不同的行駛條件下優(yōu)化照明。

設計參數

為了確保最佳性能和較長(cháng)的工作壽命，LED需要一種有效的驅動(dòng)電路。這類(lèi)驅動(dòng)器IC必須提供準確的直流電流源，而且無(wú)論輸入電源的變化范圍有多寬，都要提供嚴格控制的LED電壓調節。汽車(chē)電池總線(xiàn)中見(jiàn)到的極端電壓范圍為冷發(fā)動(dòng)/啟停情況下的4.7V至負載突降情況下的60V.但更常見(jiàn)的是，電池總線(xiàn)電壓在通常情況下工作在9V~16V.因為很多這類(lèi)新型LED前燈應用使用4至8個(gè)串聯(lián)HB LED，且電壓降為12V~25V，而電池總線(xiàn)電壓范圍可能為4.7V~60V，所以需要升降壓拓撲給LED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驅動(dòng)器必須提供一種調光方法，并提供多種保護功能，以防遭遇LED開(kāi)路或短路問(wèn)題。除了可在電氣環(huán)境十分嚴苛的汽車(chē)電源總線(xiàn)可靠工作，LED驅動(dòng)器還必須具備高性?xún)r(jià)比和占用空間小的特點(diǎn)。

一種新型同步升降壓HB LED驅動(dòng)器

凌力爾特公司的LT3791 LED驅動(dòng)器可以應對上述困境。LT3791是一款同步升降壓DC/DC LED驅動(dòng)器和電壓控制器，可提供超過(guò)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用，包括汽車(chē)、卡車(chē)，甚至航空電子設備的HB LED前燈。同樣，其輸出電壓可以在0V~60V范圍內設置，從而使其能夠在單串中驅動(dòng)多個(gè)LED。

圖1所示為一個(gè)典型 50W前燈應用。該應用使用單個(gè)電感準確地調節25V/2ALED串，提供50W LED功率。這個(gè)電路提供50：1 PWM調光比，能很好地滿(mǎn)足防眩光自動(dòng)調光要求。輸入和輸出LED電流受到監視，同時(shí)提供故障保護，以承受并報告開(kāi)路或短路LED情況。

圖1：具50：1調光比、效率達98%的50W(25V、2A)升降壓LED驅動(dòng)器。

其內部4開(kāi)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(chē)應用。降壓、直通和升壓工作模式之間的轉換是無(wú)縫的，盡管電源電壓變化范圍很寬，也能提供良好穩定的輸出。LT3791的獨特設計采用3個(gè)控制環(huán)路，監視輸入電流、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(kāi)關(guān)MOSFET，能夠以高達98%的效率連續提供從5W直至超過(guò)100W的LED功率，參見(jiàn)圖2.在以常規方法供電的車(chē)輛中，高效率很重要，可最大限度降低對散熱措施的需求，實(shí)現占板面積非常緊湊的扁平解決方案。而在電動(dòng)汽車(chē)中，這種功率節省還延長(cháng)了兩次充電之間車(chē)輛可行駛的里程。

圖2：圖1中的LED效率。

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