汽車(chē)電子應用中的LED驅動(dòng)方案設計參考
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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)。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201612/326100.htm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。
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。
為了實(shí)現根據溫度調節LED電流的目標，可以使用多種不同的方法。一種方法是構建溫度感應電路，用于驅動(dòng)LED驅動(dòng)器集成電路的模擬電流調節針腳。更簡(jiǎn)單的解決方法是使用LM3424等具有內置熱返送（TFB）功能的LED驅動(dòng)器集成電路。圖2顯示了LM3424熱返送功能所需的外部零部件示例。
使用SEPIC穩壓器的大燈示例
雖然汽車(chē)電氣系統通常在12V~14VDC條件下工作，但在特殊情況下，向系統部件的供電電壓可能超出或低于正常工作值范圍。例如，在冷啟動(dòng)情況下，系統供電可能為4.5V或更低，在負載突降狀況下，電壓可能在40V到60V之間。如果在這些特殊情況下仍需要LED工作或保護，設計師可能希望選擇可提供恒定LED電流的功率級，而不管電源電壓與LED組電壓的關(guān)系如何。一種采用SEPIC的開(kāi)關(guān)穩壓器可以執行升壓和降壓操作，如圖5所示。
使用串聯(lián)/并聯(lián)LED的組合尾燈
另一個(gè)常見(jiàn)的照明應用是尾燈/閃光燈組件，也被稱(chēng)為組合尾燈（RCL）。對于在12V~14V直流電源供電中具有3V典型正向電壓（VF）的LED來(lái)說(shuō)，一個(gè)可能的解決方案是使用降壓開(kāi)關(guān)穩壓器。由于最低值為12V，因此只允許3個(gè)LED串聯(lián)?？梢圆捎脠D7所示的串聯(lián)/并聯(lián)組合，因為在一個(gè)串聯(lián)燈組中所有必備的LED的總電壓將超過(guò)12V。
對于此應用的調光和閃光部分，可以使用多種方法降低向LED陣列提供的功率。最常用的一種方法是脈寬調制（PWM）調光，這種方法通常使用專(zhuān)門(mén)的邏輯信號高速開(kāi)啟和關(guān)閉LED以控制總體光輸出。這種方法簡(jiǎn)單有效，但可能極少用于汽車(chē)電子系統應用，因為在線(xiàn)束中需要一根額外的線(xiàn)路用于調光信號。另一種方法稱(chēng)為雙線(xiàn)調光，向LED驅動(dòng)器提供的電源定期中斷以控制調光。1.5A整體式開(kāi)關(guān)穩壓器LM3406具有此功能，其真實(shí)電流平均值實(shí)現更嚴密的光輸出控制。集成的N通道MOSFET不提供控制器集成電路具有的靈活性，因此降低了板上的復雜性。圖8顯示了使用雙線(xiàn)調光方法的LM3406應用示例。
LM3406包含輸入電壓感應針腳（VINS）使照明設計師可以魚(yú)和熊掌兼得，因為他們可以實(shí)現標準PWM調光的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)降低系統接線(xiàn)復雜性（照明部件距離控制電路較遠）。阻擋二極管D2允許輸入電容器CIN保持與LM3406的連接，這與非雙線(xiàn)調光設置相同，因此使LM3406在調光階段可以保持完全供電。這比簡(jiǎn)單的開(kāi)啟和關(guān)閉零部件來(lái)實(shí)現調光更為高效，因為L(cháng)M3406的所有內部支持電路在調光過(guò)程中保持通電。因此，部件可以立即進(jìn)入調光階段，集成電路沒(méi)有恢復和運行延時(shí)。這樣，在雙線(xiàn)調光設置中，LM3406的工作方式與輸出控制中使用邏輯調光針腳的方式相同。標準PWM設置需要的附加部件只有阻擋二極管D2、VINS下拉電阻器RPD和用于實(shí)現理想斬波開(kāi)關(guān)S1的部件。
使用串聯(lián)LED和升壓/降壓穩壓器組合的RCL示例
在并聯(lián)燈組陣列中，配置LED通過(guò)允許LED功率級在12V~14V軌道下直接運行，極大地簡(jiǎn)化系統設計，但并聯(lián)/串聯(lián)組合也同樣具有一些缺點(diǎn)。在查看LED制造商
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