建議收藏！汽車(chē)LED驅動(dòng)器功率轉換拓撲指南

在很多系統中（包括汽車(chē)動(dòng)力輸出系統中部署的眾多調節器），功率轉換控制器的設計都是一項困難而復雜的工作。本文說(shuō)明了LED驅動(dòng)器使用的不同開(kāi)關(guān)拓撲的優(yōu)勢、權衡取舍和應用，旨在簡(jiǎn)化選擇過(guò)程。

LED不同于傳統的帶有燈絲或氣體成分的電燈。利用特定的半導體結，LED制造商可以生成整個(gè)可見(jiàn)光范圍的特定顏色的光，以及紅外線(xiàn)和紫外線(xiàn)。在汽車(chē)應用中，LED可以提高白天和夜間駕駛的安全性。效率的提高可以延長(cháng)電動(dòng)汽車(chē)的電池壽命，而在單個(gè)系統中使用多個(gè)LED可以避免單一部件的故障問(wèn)題。

由于其多功能性，LED能夠以多種不同的方式驅動(dòng)。由于LED的輸出有良好的照明控制，因此LED負載與電力系統的傳統負載不同。LED只靠通過(guò)半導體結的精確控制電流來(lái)發(fā)光，而端口到系統接地（或汽車(chē)系統中的底盤(pán)）的相對電壓則與此無(wú)關(guān)。因此，LED系統可以利用開(kāi)關(guān)技術(shù)提供的不同拓撲。

如何為汽車(chē)LED系統選擇正確的開(kāi)關(guān)拓撲

汽車(chē)系統中特定開(kāi)關(guān)拓撲的選擇關(guān)系到整個(gè)系統設計；應考慮最小輸入電壓、最大串電壓、底盤(pán)回路能力、短路輸出能力、最大輸入電流、輸出/LED電流和PWM調光。

降壓(Buck)轉換器

降壓LED驅動(dòng)器通過(guò)高于LED串總電壓的電壓調節LED串中的電流。降壓LED驅動(dòng)器可以安全地短接到系統地，確保其本質(zhì)安全。它們具有底盤(pán)回流的能力（一條線(xiàn)用于供電），并且可以輕松適應矩陣或動(dòng)畫(huà)應用。圖1和圖2中的示例原理圖顯示了控制器調節高壓側開(kāi)關(guān)進(jìn)行電流控制的基本系統圖。

圖1.降壓轉換器

降壓LED驅動(dòng)器需要具備幾個(gè)關(guān)鍵特性：固定頻率操作、通過(guò)出色的開(kāi)關(guān)控制和低電阻開(kāi)關(guān)實(shí)現高效率、在整個(gè)模擬調光范圍內提供高精度，以及為獲得出色的EMI，適當設計擴頻調頻。

升壓(BOOST)轉換器

升壓LED驅動(dòng)器通過(guò)低于LED串總電壓的電壓調節LED串中的電流。這在很多汽車(chē)系統中很有用，其中很多LED都需要在單個(gè)串中導通。典型的12 V汽車(chē)系統的工作電壓范圍為6 V至18 V，這需要將LED驅動(dòng)器的電壓降到6 V，從而為L(cháng)ED提供較大的升壓比，以保持點(diǎn)亮。圖3和圖4中的示例原理圖顯示了控制器調節低壓側開(kāi)關(guān)進(jìn)行電流控制的基本系統圖。

圖2.降壓轉換器示例: LT3932 

表1使用降壓轉換器作為L(cháng)ED驅動(dòng)器的優(yōu)勢和權衡取舍

圖3.升壓轉換器

圖4.升壓轉換器示例：LT8356-1

表2使用升壓轉換器作為L(cháng)ED驅動(dòng)器的優(yōu)勢和權衡取舍

使用升壓轉換器進(jìn)行升壓-降壓

一些升壓LED驅動(dòng)器可配置為將LED陰極返回電源。這種配置稱(chēng)為降壓-升壓?？傒敵鲭妷簽閂IN (VBATTERY)，該電壓加到LED串總電壓中。這種拓撲結構的優(yōu)點(diǎn)是能夠驅動(dòng)一個(gè)高于、低于或等于電源電壓的LED串。這種拓撲結構的局限性是只受轉換器的限制--低端受控制器IC的最小電源電壓限制，高端受控制器IC的最大輸出電壓限制。

圖5.升壓-降壓轉換器

圖6.升壓-降壓轉換器 LT8386

表3使用升壓-降壓轉換器作為L(cháng)ED驅動(dòng)器的優(yōu)勢和權衡取舍

使用升壓轉換器的降壓模式

一些升壓LED驅動(dòng)器可配置為從電源降壓（而不是在標準降壓模式下以地為參考），從而構成降壓模式配置。這種配置與降壓模式具有同樣的局限性，即LED串的總電壓必須低于輸入電源電壓。

圖7.降壓模式轉換器

圖8.降壓模式示例: LT3756-2

表4使用降壓模式轉換器作為L(cháng)ED驅動(dòng)器的優(yōu)勢和權衡取舍

降壓-升壓轉換器

降壓-升壓LED驅動(dòng)器通過(guò)高于或低于LED串總電壓的電源調節LED電流。該轉換器在降壓模式下調節連接到輸入電壓的高壓側開(kāi)關(guān)，在升壓模式下調節輸出側的低壓側開(kāi)關(guān)。這種拓撲結構最復雜，但也是最靈活的。VIN和VOUT的范圍僅受控制器IC的限制。對于矩陣型應用，這是一種不錯的選擇。

圖9.降壓-升壓轉換器。

圖10.降壓升壓示例: LT8391

表5使用降壓-升壓轉換器作為L(cháng)ED驅動(dòng)器的優(yōu)勢和權衡取舍

結論

汽車(chē)LED照明系統可通過(guò)多種不同的方式使用開(kāi)關(guān)穩壓器驅動(dòng)。根據應用的不同，照明設計人員可通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)拓撲和配置，針對整個(gè)汽車(chē)的不同照明要求，設計完整的子系統。為系統選擇正確的功率轉換開(kāi)關(guān)拓撲和配置可優(yōu)化復雜性、效率、EMI和安全性等要求。