汽車(chē)LED應用給電源管理IC帶來(lái)機遇和挑戰

　　諸如小外形尺寸、低功耗和快速接通時(shí)間等優(yōu)勢開(kāi)創(chuàng )了高亮度LED被當今汽車(chē)所廣泛采用的局面。LED在汽車(chē)中的初始應用是中央高架停車(chē)燈（CHMSL）；這些應用使用紅光LED來(lái)提供一個(gè)非常扁薄的照明陣列，該照明陣列易于安裝，而且永遠不需要更換。

　　傳統上，白熾燈泡是最為經(jīng)濟的光源，而且仍然被許多汽車(chē)所采用。然而，隨著(zhù)可用照明空間的日益縮小以及對照明光源使用壽命要求的不斷提高，由LED所提供的燈光色彩和設計方案正在迅速取代白熾燈泡應用。即使是傳統的CCFLTFT-LCD背光源應用，目前也在逐漸地被白光LED陣列所取代。

　　更有甚者，人們還在利用一種電“可操縱”型高電流LED陣列來(lái)開(kāi)發(fā)車(chē)前燈，而該領(lǐng)域一直是被鹵素/氙燈絲設計所把持的。幾乎所有的汽車(chē)照明應用（包括車(chē)身內部/外部照明和背光照明應用）都將逐步過(guò)渡為采用LED.采用LED的好處具有諸多積極的含意。首先（也許是最重要的一點(diǎn)），它永遠不需要更換，因為其長(cháng)達100,000小時(shí)的固態(tài)壽命（服役年限：11年半）比汽車(chē)的使用壽命還要長(cháng)。這使得汽車(chē)制造商能夠把它們永久性地嵌入車(chē)艙內的照明系統中，而無(wú)需像以往那樣留有用于更換燈絲燈泡的入口。由于LED照明系統不需要白熾燈泡所要求的安裝深度或面積，因此還可使汽車(chē)的造型發(fā)生顯著(zhù)的變化。LED的另一項優(yōu)勢是其具有低功耗，因而能夠使得耗油量有所減少。

汽車(chē)LED照明的設計參數

　　為了確保最佳的性能和長(cháng)久的工作壽命，LED需要一個(gè)有效的驅動(dòng)電路。這些特殊的驅動(dòng)電路必須能夠從一根相當苛刻的汽車(chē)電源總線(xiàn)獲取工作電源，而且還應兼具成本和空間“效益性”.為了維持其長(cháng)久的工作壽命，一定不得超過(guò)LED的電流和溫度限值。表1羅列了針對一個(gè)高電流白光LED的典型正向電壓與驅動(dòng)電流的相互關(guān)系。

　　在單個(gè)LED至三個(gè)（串聯(lián)）LED的應用中，將需要一個(gè)降壓型LED驅動(dòng)器（比如：凌力爾特的LT3475），用于把汽車(chē)總線(xiàn)電壓（標稱(chēng)值為12V）降至一個(gè)更加合適的LED電壓，根據應用的LED彩色和亮度要求的不同，該LED電壓的變化范圍可在2.68V至4.88V（每個(gè)LED）之間。與此相反，在諸如剎車(chē)燈等需要多個(gè)由多達8個(gè)串聯(lián)LED組成的LED串的應用中，所需的輸出電壓為21V至39V,所以必需采用一個(gè)升壓型LED驅動(dòng)器（例如：凌力爾特的LT3496）。凌力爾特公司提供的所有LED驅動(dòng)器均采用了電流模式架構，旨在輸送恒定的電流。

　　如欲在輸入電壓不規則的情況下產(chǎn)生恒定的LED亮度，就必須從這些驅動(dòng)器IC獲得一個(gè)恒定的電流源。一個(gè)內部檢測電阻器用于監視輸出電流，以實(shí)現準確的電流調節。在一個(gè)很寬的電流范圍內（35mA至1A）保持了高輸出電流準確度，從而實(shí)現了寬調光范圍。由于凌力爾特的高電流LED驅動(dòng)器是電流模式穩壓器，因此它們并不直接調整電源開(kāi)關(guān)的占空比，而是由反饋環(huán)路來(lái)控制每個(gè)周期中流經(jīng)開(kāi)關(guān)的峰值電流。與電壓模式控制相比，電流模式控制改善了環(huán)路的動(dòng)態(tài)性能，并提供了逐周期電流限制功能。

　　在許多應用（特別是背面照明和車(chē)內照明）中，都有可能需要進(jìn)行調光控制，因而要求驅動(dòng)器IC提供一種用于調節輸出電流/LED亮度的簡(jiǎn)單方法。利用合適的驅動(dòng)器IC,即可通過(guò)一個(gè)PWM信號、DC電壓或外部NMOS晶體管來(lái)完成調光操作，調光范圍可高達3000:1.

　　最后，車(chē)載電子產(chǎn)品可能對噪聲很敏感，尤其是導航系統、無(wú)線(xiàn)電路和AM無(wú)線(xiàn)電波段接收機。為了最大限度地降低發(fā)生噪聲干擾的可能性，凌力爾特在其LED驅動(dòng)器IC中采用了恒定頻率開(kāi)關(guān)拓撲結構。此外，用戶(hù)還可在200kHz至2MHz的范圍內設置開(kāi)關(guān)頻率，以使開(kāi)關(guān)噪聲遠離關(guān)鍵頻段（比如：AM無(wú)線(xiàn)電波段）。高開(kāi)關(guān)頻率還允許使用小的電感器和陶瓷電容器，從而最大限度地縮減了解決方案的尺寸和成本。

雙LED應用

　　許多嵌入式高電流LED應用將包括單個(gè)或兩個(gè)高電流（ILED的范圍從1A至1.5A）LED.這些應用包括車(chē)內照明（比如：車(chē)頂燈、地圖燈、儲物盒照明燈）和車(chē)外照明（比如：車(chē)門(mén)門(mén)檻燈或“地面照明”燈）。根據應用的不同，它們可以采用彩色LED（用于車(chē)載儀器的背面照明）或白光LED（用于普通照明）。由于這些LED通常具有一個(gè)3V至4V的正向電壓，并由一根12V至14V的汽車(chē)總線(xiàn)來(lái)供電，因此需要采用一個(gè)降壓型轉換器（例如：LT3475）。

　　LT3475是一款雙通道、36V、2MHz降壓型DC/DC轉換器，專(zhuān)為用作恒定電流雙LED驅動(dòng)器而設計。每個(gè)通道具有一個(gè)內部檢測電阻器和調光控制功能，從而使其非常適合于驅動(dòng)那些需要高達1.5A電流的LED.一個(gè)通道的開(kāi)關(guān)操作與另一個(gè)通道異相180°，因而使得兩個(gè)通道的輸出紋波均有所減小。每個(gè)通道均獨立地在一個(gè)50mA至1.5A的寬電流范圍內保持了很高的輸出電流準確度，而獨特的TrueColorPWMTM電路提供了一個(gè)3000:1的調光范圍，且未發(fā)生任何的色偏移（這種現象在LED電流調光中很常見(jiàn)）。

　　憑借其4V至36V（瞬態(tài)電壓高達40V）的寬輸入電壓范圍，LT3475成為了汽車(chē)電源系統的理想選擇。其開(kāi)關(guān)頻率可被設定在200kHz至2MHz之間，因而允許使用纖巧型電感器和陶瓷電容器，并使開(kāi)關(guān)噪聲遠離AM無(wú)線(xiàn)電波段。再加上采用了一種耐熱增強型TSSOP-20封裝，該器件提供了一款適合于驅動(dòng)高電流LED的緊湊型解決方案。

　　LT3475采用高壓側檢測，實(shí)現了LED負極的接地連接，從而免除了大多數應用中所需的一根接地線(xiàn)。它還具有一個(gè)用于每個(gè)通道的集成升壓二極管，因而進(jìn)一步地縮減了解決方案的占板面積和成本。另外的特點(diǎn)包括LED開(kāi)路和短路保護。

剎車(chē)燈

　　迄今為止，LED在汽車(chē)中最為常見(jiàn)的應用是中央高架停車(chē)燈（CHMSL）。截止2006年底，至少有60%的汽車(chē)都安裝了LED型CHMSL.其好處包括較快的照明速度、更高的效率、更長(cháng)的工作壽命，而且，非常扁薄的紅光LED陣列還具有設計/安裝上的簡(jiǎn)易性。LED能夠在不到1ms的時(shí)間里達到全照度（而傳統的燈泡則需要長(cháng)達200ms的時(shí)間才能產(chǎn)生其最大亮度），這樣，后方車(chē)輛的駕駛者識別剎車(chē)燈的時(shí)間將大為縮短，從而降低了發(fā)生追尾碰撞事故的概率。

　　而且，與白熾燈泡相比，功耗也下降了80%之多，最終起到了節省耗油量的效果。其有效使用期限將輕而易舉地超過(guò)車(chē)輛的壽命，因而免除了更換的需要。除了CHMSL之外，有些汽車(chē)和摩托車(chē)還在主剎車(chē)燈中用LED替代了白熾剎車(chē)燈。

　　為了實(shí)現這些LED剎車(chē)燈的性能和工作壽命的最大化，應采用一種能夠驅動(dòng)這些剎車(chē)系統所需的紅光LED串的合適LED驅動(dòng)器，這是必不可少的。凌力爾特的LT3486便是專(zhuān)為此類(lèi)汽車(chē)應用而開(kāi)發(fā)的。LT3486是一款雙通道升壓型DC/DC轉換器，專(zhuān)為從一根12V至14V汽車(chē)總線(xiàn)以恒定的電流來(lái)驅動(dòng)多達16個(gè)LED（每個(gè)轉換器驅動(dòng)8個(gè)串聯(lián)LED）而設計。采用LED串聯(lián)的方式能夠提供相等的LED電流，從而獲得均勻的LED亮度。在需要的時(shí)候，兩個(gè)獨立的轉換器還能夠驅動(dòng)不對稱(chēng)的LED串。

　　兩個(gè)LED串的調光也可通過(guò)各自的CTRL引腳來(lái)單獨地控制。通過(guò)把一個(gè)PWM信號饋送至各自的PWM引腳，一個(gè)內部PWM調光系統可使調光范圍擴展至高達1000:1.LT3486的工作頻率可由一個(gè)外部電阻器設置在200kHz至2MHz的范圍內。一個(gè)200mV的低反饋電壓（2%準確度）最大限度地減少了電流設定電阻器中的功率損耗，旨在提升效率。另外的特點(diǎn)包括LED斷接時(shí)的輸出電壓限制。LT3486提供了一款占板面積非常緊湊的解決方案，并可采用節省空間的16引腳DFN（5mmx3mmx0.75mm）封裝或16引腳耐熱增強型TSSOP封裝。

本文小結

　　由于LED照明在當今和未來(lái)汽車(chē)中的普及速度空前提高，因此對高電流LED汽車(chē)應用中的LED驅動(dòng)器IC產(chǎn)生了許多非常特殊的性能要求。LED驅動(dòng)器必須提供恒定的電流，以保持均勻的亮度（而不受輸入電壓或LED正向電壓變化的影響），且必須實(shí)現高效運作。它們還必須能夠承受汽車(chē)電源總線(xiàn)相當苛刻的電特性。另外，這些應用還需要占板面積非常緊湊和散熱效率很高的解決方案。面對這些汽車(chē)設計要求，凌力爾特公司開(kāi)發(fā)出了旨在解決上述汽車(chē)難題的完整高電流LED驅動(dòng)器產(chǎn)品系列。