針對LED車(chē)前燈和DRL的LED驅動(dòng)器設計方案

就驅動(dòng)高亮度LED而言，要求最苛刻的應用就是汽車(chē)前燈照明應用。有數據顯示，到2014年LED前燈市場(chǎng)將超過(guò)30億美元，并將以指數級增長(cháng)。本文介紹的LED驅動(dòng)器設計方案特別針對LED車(chē)前燈照明應用，為設計師們提供新的選擇。

雖然LED 被許多汽車(chē)照明應用所廣泛接納已經(jīng)好多年了，包括日間行車(chē)燈、剎車(chē)燈、轉向燈和車(chē)內照明等，但專(zhuān)門(mén)針對車(chē)前燈應用的LED 仍比較新。目前，僅有少數量產(chǎn)車(chē)提供了LED 前燈，其中包括本田雅閣、奧迪A8 和 R8、雷克薩斯LS600h 和 RX450h、豐田普瑞斯、凱迪拉克凱雷德以及保時(shí)捷卡宴。有些業(yè)界估計數據表明，2013 年 LED 前燈市場(chǎng)大約為15億美元，預計到2014年，該市場(chǎng)將超過(guò)30億美元，并繼續以指數級增長(cháng)。

汽車(chē)照明系統設計師最大的挑戰之一是：怎樣優(yōu)化最新一代高亮度LED 的所有優(yōu)勢。高亮度LED 需要一個(gè)準確、高效率的DC 電流源，要有調光方法，而且必須提供各種保護功能。此外，這些LED 的驅動(dòng)器IC 必須設計為能在多種多樣的條件下滿(mǎn)足上述要求。因此，電源解決方案必須效率非常高、提供堅固的功能和可靠性，同時(shí)又是非常緊湊和經(jīng)濟實(shí)惠的?？梢哉f(shuō)，就驅動(dòng)高亮度LED 而言，要求最苛刻的應用就是汽車(chē)前燈照明應用，包括白天行車(chē)燈和前燈，因為這類(lèi)應用所處的是嚴酷的汽車(chē)電氣環(huán)境，必須提供大功率，一般在15W 至75W 之間，還必須放入空間非常有限的外殼中，在達到所有這一切要求的同時(shí)，還要保持富有吸引力的成本結構。

LED 白天行車(chē)燈和前燈

尺寸小、壽命極長(cháng)、低功耗、更強的調光能力等優(yōu)勢，是高亮度LED 白天行車(chē)燈和前燈得到廣泛采用的催化劑。幾家汽車(chē)制造商(例如奧迪和梅塞德斯奔馳、以及雷克薩斯和豐田)都用LED 設計了非常獨特的白天行車(chē)燈，讓這些白天行車(chē)燈成為前燈的“眉毛”或“底線(xiàn)”，以此彰顯品牌的獨有魅力。這些應用不僅從設計角度來(lái)看非常獨特，而且在提供可靠、具成本效益的解決方案時(shí)也有一些設計挑戰。隨著(zhù)高亮度LED 逐步用在近光和遠光前燈中，這些挑戰也變得愈加顯著(zhù)了。 起 / 停、冷車(chē)發(fā)動(dòng)和負載突降情況

雖然汽車(chē)系統電源總線(xiàn)在交流發(fā)電機給電池充電時(shí)采用14V 的標稱(chēng)電壓供電運作，但是汽車(chē)運轉中不同的狀況會(huì )導致該電壓短暫地下降到低至6V ( 在冷車(chē)發(fā)動(dòng)或車(chē)輛起 / 停期間)。在非常寒冷的天氣里，冷車(chē)發(fā)動(dòng)狀態(tài)會(huì )從電池抽取很大的電流以彌補發(fā)動(dòng)機潤滑油的高粘度，而這又會(huì )把電壓拉低至大約6V。同樣，一輛采用起 /停功能的汽車(chē)也會(huì )在引擎重新發(fā)動(dòng)時(shí)將電池電壓拉到6V 左右，而電池在車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機和交流發(fā)電機關(guān)閉時(shí)將承擔照明、空調和其他車(chē)載娛樂(lè )設備的繁重供電任務(wù)。當電池電纜意外斷接 / 重接 ( 即：出現松動(dòng)) 而交流發(fā)電機仍然對電池進(jìn)行充電時(shí)，就會(huì )發(fā)生負載突降情況，從而導致高達60V的瞬態(tài)電壓尖峰。

LED驅動(dòng)器短路保護

就白天行車(chē)燈和前燈而言，單串高亮度LED 串中包括6 到20 個(gè)LED。由于標稱(chēng)輸入電壓為13.8V，在某些瞬態(tài)情況下甚至更低，所以一般首選升壓型LED 驅動(dòng)器架構，因為這種架構比SEPIC 或降壓- 升壓型設計效率更高、更簡(jiǎn)單和具成本效率。不過(guò)，直到不久前，升壓型架構一直難以抵御短路的影響。在汽車(chē)應用中這一點(diǎn)尤其重要，因為L(cháng)ED 在前端碰撞中容易被損壞，而且任何電弧都可能點(diǎn)燃濺出的汽油。由于這個(gè)原因，過(guò)去大多數前端照明LED 應用都采用更昂貴和更復雜的SEPIC 解決放案，這種解決方案具備固有的短路保護能力。然而，隨著(zhù)新的和具備非常堅固保護能力的升壓型LED 驅動(dòng)器的出現，未來(lái)的應用將會(huì )采用這種設計，以提供效率更高和具成本效益的解決方案。

LED驅動(dòng)器EMI 問(wèn)題

降低LED 驅動(dòng)器的任何電磁干擾(EMI) 都有利于電源總線(xiàn)的總體設計。因為L(cháng)ED 驅動(dòng)器通常是基于開(kāi)關(guān)穩壓器的，所以降低開(kāi)關(guān)噪聲是人們所希望的。這可以通過(guò)采用擴展頻譜頻率調制來(lái)實(shí)現。正如在圖2 中可以看到的那樣，這種調制方法通過(guò)在較寬的頻率范圍內擴展頻譜，將輸出開(kāi)關(guān)噪聲降低了20dB，從而極大地減輕了EMI 問(wèn)題。

一種新的汽車(chē)高亮度LED 驅動(dòng)器控制器

凌力爾特公司的LT3795 LED 驅動(dòng)器是一款升壓型DC/DC LED 驅動(dòng)器，可提供超過(guò)100W 的LED 功率。該器件具備6V 至110V 的輸入電壓范圍，因此非常適用于汽車(chē)、商用卡車(chē)甚至航空系統中的多種高亮度LED 應用。其高壓側電流檢測設計可配置為升壓模式、降壓- 升壓模式、SEPIC 和降壓模式架構，從而可提供多種設計靈活性。此外，其輸出電壓可以在0V 至110V的范圍內設定，從而能驅動(dòng)多種單串LED，同時(shí)在升壓型設計中，能提供非常堅固和簡(jiǎn)單的短路保護。

一種典型的50W 前燈應用如圖3所示。這個(gè)應用采用了升壓型架構，以提供高達87V 的LED 電壓，該電壓能以超過(guò)600mA 的LED 電流驅動(dòng)多達20 個(gè)LED。大多數白天行車(chē)燈都采用8 到15 個(gè)LED，電流在350mA范圍內，而近光前燈會(huì )采用約為50V的1A LED，遠光前燈則可能采用高達2A 和50V。LT3795 可用于所有這些應用。

結論

對更高性能和更高性?xún)r(jià)比永無(wú)止境的需求，促進(jìn)了高亮度LED 應用的持續加速增加，尤其是在汽車(chē)白天行車(chē)燈和前燈中的LED 應用。這種需求必須要有新的高亮度LED 驅動(dòng)器IC才能滿(mǎn)足。這些LED 驅動(dòng)器必須提供恒定電流，無(wú)論輸入電壓或LED 正向電壓怎樣變化，都能保持一致的亮度，同時(shí)這些LED 驅動(dòng)器還必須以高效率工作、提供非常寬的調光范圍、以及各種保護功能 ( 例如: 短路和開(kāi)路保護) 以提高系統可靠性。當然，這種LED 驅動(dòng)器電路還必須提供占板面積非常緊湊、扁平和熱效率非常高的解決放案。凌力爾特公司LED 驅動(dòng)器系列，以憑借LT3795 等高亮度 LED 驅動(dòng)器IC 應對這些挑戰。此外，凌力爾特公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)完整的大電流LED 驅動(dòng)器IC 系列，該系列專(zhuān)門(mén)針對汽車(chē)應用，從先進(jìn)的前向照明前燈到LCD 背光照明，可用于多種應用。在汽車(chē)照明系統不斷要求性能更高的LED 驅動(dòng)器之際，設計師有了創(chuàng )新的IC 解決方案以滿(mǎn)足他們的要求。