汽車(chē)電子應用中的LED驅動(dòng)方案設計參考

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制造商數據表時(shí)，可以注意到兩個(gè)重要的事實(shí)：LED的光輸出與流經(jīng)的電流成正比，LED的動(dòng)態(tài)電阻隨著(zhù)VF而變化。制造商按VF、光通量和顏色（或色溫）對LED分級。例如，典型的VF級別可能包含范圍從3.27V到3.51V（25℃時(shí)）的LED，所有級別的整個(gè)范圍可以從2.8V到4.2V。由于LED制造商通常向客戶(hù)銷(xiāo)售多個(gè)級別的LED，關(guān)注成本的設計師依賴(lài)所有LED都具有緊密VF分布是不實(shí)際的。

下例顯示了VF變化的影響。在實(shí)驗中，使用圖9所示兩種設置收集數據。一種設置用于4個(gè)LED（每個(gè)LED都具有專(zhuān)門(mén)的電流源），另一種設置用于并聯(lián)的4個(gè)LED（共享一個(gè)電流源）。表1所示數據在25℃加電后5秒內測得，以最大限度降低LED自發(fā)熱的影響。

從這些數據可以明顯看出LEDVF變化在并聯(lián)運行時(shí)將導致不均勻電流分布。即使對于分級的LED，也可以看到類(lèi)似的影響，并聯(lián)陣列中各串聯(lián)燈組的電流分布不均。改進(jìn)并聯(lián)燈組間電流分布的一種方式是向各燈組增加鎮流電阻器。這有助于使電流分布均勻化，但存在的主要問(wèn)題是由于鎮流電阻器的功耗而降低了效率。根據具體的設計，上述問(wèn)題的影響可能可以忽略。但是，如果系統設計師對上述影響存有顧慮，可以采用單個(gè)串聯(lián)燈組作為首選拓撲結構。在這種解決方法中，仍可以使用LM3406等部件，但將增大系統復雜性，因為需要新前端部件用于傳輸超出12V~14V的電源電壓為L(cháng)ED驅動(dòng)器供電。然后，LED驅動(dòng)器降低此新電壓，為單個(gè)LED燈組供電。這可以通過(guò)在直流電源和LM3406之間增加升壓DC/DC功率級輕松實(shí)現，如圖10所示。通過(guò)此拓撲結構，串聯(lián)燈組中的所有LED均具有相同的電流，無(wú)論各LED的VF值是多少。

還需要注意的一個(gè)問(wèn)題是為什么應包含降壓功率級，而不是直接使用升壓穩壓器運行LED。這兩種拓撲結構之間的重要區別是輸出電容器：升壓穩壓器需要輸出電容器，而降壓穩壓器可以使用或不使用輸出電容器操作。如果設置中使用輸出電容器，即使在穩壓器已進(jìn)入調光模式并停止向LED供電后，仍可以為L(cháng)ED輸送電流一段時(shí)間。因此，在LED輸出實(shí)際停止前，還需要額外的時(shí)間使輸出電容器放電。在LED組中使用串聯(lián)開(kāi)關(guān)仍可以實(shí)現有效調光，但這需要附加的調光FET以及更復雜的驅動(dòng)器集成電路和/或增加外部部件。

除了調光復雜性以外，升壓穩壓器還存在其他LED驅動(dòng)難題。升壓穩壓器本身無(wú)法保護LED免受負載突降時(shí)產(chǎn)生的高線(xiàn)路電壓影響。在升壓/降壓拓撲結構中，降壓穩壓器可以承受高電壓，而不會(huì )發(fā)生損壞甚至中斷正常工作。升壓穩壓器還易受到開(kāi)路（使VO的上升不受約束）和短路（在VO低于VIN時(shí)，IO失去控制）影響。最后，由于輸出電流是關(guān)于升壓轉換器占空比的函數，因此必須感應電感器電流和LED電流，這也導致了驅動(dòng)器的復雜性增加。

總結

本文探討了多個(gè)汽車(chē)電子系統應用示例及相應的開(kāi)關(guān)電源拓撲結構和兼容的美國國家半導體集成電路，其中，很多LED驅動(dòng)器集成電路都非常適合汽車(chē)電子系統設計師進(jìn)行高效設計。