汽車(chē)LED照明需求漸增　新一代電源IC設計崛起

　　車(chē)用裝置電子系統復雜性逐年攀升，目前，電子系統的成本負擔已超過(guò)一輛汽車(chē)典型成本的20%以上，預計2008年甚至將超過(guò)30%，5年前，如車(chē)內娛樂(lè )系統、安全系統、引擎管理、衛星無(wú)線(xiàn)通信及電視(TV)、免持手機及其他無(wú)線(xiàn)連接等電子系統只在高檔的歐洲豪華車(chē)款才能見(jiàn)到，但現在已被廣泛用于每個(gè)汽車(chē)制造商的中階等級汽車(chē)中，從而加速汽車(chē)IC的快速成長(cháng)。

　　同時(shí)，這些系統運用的組件數不斷增加，但可獲得的空間卻持續被壓縮，因而也大幅加每個(gè)系統的電子密度。這些系統均需電源轉換IC，且通常針對每個(gè)次系統具多重電源端，由于電源密度非常高及相關(guān)的高周遭溫度，因此，任何實(shí)用的散熱裝置都顯得太大而不實(shí)用，也因為這種空間的限制及操作溫度范圍的需求，讓電源轉換效率變得相當重要。

　　在低輸出電壓及高于幾百毫安的中等電流位準下，由于會(huì )產(chǎn)生太多的熱，導致簡(jiǎn)單利用線(xiàn)性穩壓器提供這些系統電壓已不切實(shí)際。這些限制的結果便是以開(kāi)關(guān)式穩壓器取代線(xiàn)性穩壓器，開(kāi)關(guān)式穩壓器的好處包含效率的提升、較小的接腳占位，而這些足以彌補額外的設計復雜度及電磁干擾(EMI)等問(wèn)題。

　　LED照明正取代傳統白熾燈

　　過(guò)去，于汽車(chē)應用中使用發(fā)光二極管(LED)照明僅是一個(gè)車(chē)用概念，時(shí)至今日，LED已廣泛應用于許多汽車(chē)及卡車(chē)的儀表板背光、內部照明及剎車(chē)燈。另外，豪華汽車(chē)制造商也逐漸提升固態(tài)LED照明最新技術(shù)之應用，透過(guò)這些更亮、更小、更可靠的組件提供車(chē)內外照明，強化其車(chē)種之性能及美感。此外，LED還能提供更低成本及更長(cháng)的壽命，提供明顯優(yōu)于白熾照明的內部照明優(yōu)點(diǎn)，如用于頭燈的高壓氣體放電燈(HID)及鹵素燈泡。

　　欲利用汽車(chē)電池驅動(dòng)LED，需要一個(gè)直流對直流(DC/DC)轉換器以準確調節LED電流，確保一致的照明強度及色彩飽和度，同時(shí)保護LED。此外，根據LED的不同用途，也應針對特定電源需求來(lái)優(yōu)化DC/DC穩壓器，如頭燈、后車(chē)燈、訊號燈、內部情境或讀書(shū)燈等，挑戰之一是須從可能低于、相等或高于負載電壓之電池電壓驅動(dòng)一組或幾串LED，而另一考慮點(diǎn)，則是以大調光比有效地調光LED，同時(shí)還要在低及高亮度位準均保持彩色特性。DC/DC驅動(dòng)器的高效率操作是一關(guān)鍵要求，特別是在驅動(dòng)高亮度(HB)LED時(shí)，由于未被轉換成散射光的電源，將因生熱而耗費。

　　負載突降/冷啟動(dòng)狀態(tài)影響電池效能

　　汽車(chē)運作時(shí)電池現松弛，或汽車(chē)行進(jìn)時(shí)電池線(xiàn)斷裂，將造成負載突降，其是一種當發(fā)電機對電池充電時(shí)，電池電線(xiàn)突然斷開(kāi)的情況。電池電線(xiàn)突然斷開(kāi)會(huì )造成達80伏特的瞬間電壓突波，這是因為發(fā)電機正試圖全力輸出充電(圖1)，發(fā)電機上的Transorb經(jīng)常會(huì )將線(xiàn)路電壓箝位在36～60伏特之間，及吸收大部分的涌浪電流；然而，發(fā)電機下游的DC/DC轉換器卻也接收了此一36～60伏特的瞬間突波。因為這些轉換器及其所供電的次系統都被期望在這些瞬時(shí)發(fā)生時(shí)及發(fā)生后皆能持續工作，因此，這些DC/DC轉換器能否處理高電壓瞬間便顯得相當重要，目前已存在各種保護電路，經(jīng)常使用的是Transorb，這些電路可以建置于外，但卻會(huì )增加成本與空間。

圖1　80伏特負載突降狀態(tài)及冷啟動(dòng)狀態(tài)

　　冷啟動(dòng)(Cold Crank)是一種當汽車(chē)引擎放置在酷冷或冰溫一段時(shí)間后所發(fā)生的狀況，導致引擎油會(huì )變得非常黏稠，且啟動(dòng)馬達必須傳輸更多扭力，于是須從電池汲取更多電流。此大電流負載在汽車(chē)點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)，會(huì )將電池/主線(xiàn)路電壓拉低至4.0伏特，之后電壓便會(huì )回升到13.8伏特(圖1)，對于某些應用，如引擎控制、安全及導航系統等需求通常對3.3伏特的穩定輸出電壓而言，能歷經(jīng)冷啟動(dòng)過(guò)程且正常工作相當必要。

　　新LED驅動(dòng)器成為車(chē)用首選

　　就LED驅動(dòng)器而言，須提供車(chē)主之重要特性包括：
　　?高電流
　　為提供高電流(≧d1.5安培)，驅動(dòng)器須驅動(dòng)一外部N信道金屬氧化半導體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)驅動(dòng)高亮度LED。
　　?高壓
　　LED驅動(dòng)器的3～36伏特輸入操作及輸出電壓，可依外部功率組件之選擇擴展，輕易驅動(dòng)多串(串聯(lián))或叢集式(串聯(lián)+并聯(lián))LED。
　　?保護
　　IC須包含保護高亮度LED所需的精準電流及輸出電壓穩壓，額外的保護功能另包括過(guò)壓、過(guò)電流及軟啟動(dòng)。
　　?調光
　　透過(guò)True Color PWM 3,000:1數字調光，LED可于寬廣的調光范圍內維持固定色彩，同樣的，驅動(dòng)器也須可提供額外的模擬100:1調光。

　　為滿(mǎn)足汽車(chē)內外照明之各項嚴苛要求，目前業(yè)界有廠(chǎng)商推出兩款新的DC/DC LED驅動(dòng)器，具高操作效率、負載保護、寬廣輸入及輸出電壓額定值、及精確的電流穩壓等特色。此IC可被配置成數個(gè)DC/DC架構，提供設計者檢核IC，以滿(mǎn)足不同應用之轉換要求之選擇。

　　其中一款為電流模式、多重架構的轉換器，具備用來(lái)驅動(dòng)高功率LED多串及叢集的固定電流脈沖寬度調變(PWM)調光，可提供快速、真實(shí)的PWM負載開(kāi)關(guān)切換，而不會(huì )產(chǎn)生瞬時(shí)欠壓或過(guò)壓情形，透過(guò)True Color PWM調光保證白光及紅綠藍(RGB)LED之色彩飽和度，數字調光比可達3,000:1(100Hz)；透過(guò)模擬控制亦可達到額外的100:1調光比，此為一極重要之標準，因人眼對于室內亮度的些微變化極敏感，此多功能控制器可被用作升壓、降壓、升降壓、單端初級電感轉換器(SEPIC)或返馳轉換器，以及固定電流/固定電壓穩壓器。No RSENSE操作使用一個(gè)MOSFET的導通阻抗，因而不需電流感測電阻器，并且還可提高效率。此類(lèi)轉換器之應用范圍包括高壓LED數組及LED背光、以及電訊、汽車(chē)及工業(yè)控制系統的電壓穩壓器。

　　另一款產(chǎn)品為雙信道36伏特、2MHz降壓DC/DC轉換器，專(zhuān)門(mén)設計以操作如定電流LED驅動(dòng)器，每信道可提供達1.5安培LED電流，內部感測電阻及調光控制，使其成為驅動(dòng)高電流LED之選擇。此類(lèi)驅動(dòng)器于整個(gè)50毫安～1.5安培的寬廣電流范圍均可維持高輸出電流準確性，而True Color PWM電路則能達到3,000:1之調光范圍。

　　透過(guò)4～36伏特(40伏特最大)的寬廣輸入電壓范圍，LED驅動(dòng)器可調節包括汽車(chē)動(dòng)力系統等電源，切換頻率可設定于200k～2MHz間，因此能運用極小的電感及陶瓷電容，且避開(kāi)嚴苛的頻段，如AM/FM無(wú)線(xiàn)電，結合散熱強化型TSSOP-16封裝，為驅動(dòng)兩組或四組高電流LED提供精小的解決方案。

　　運用高壓端感測，驅動(dòng)器能達到接地端LED負極連接，去除大多數應用中接地導線(xiàn)的需求。電流模式控制及精確參考電壓，為良好穩壓、低漣波固定LED電流提供優(yōu)化回路動(dòng)力，兩個(gè)通道均透過(guò)分開(kāi)的直流電壓(VADJ)及PWM訊號獨立操作，每信道均可與另一信道以180度反相切換，減少輸出漣波，此驅動(dòng)器其他特性包括開(kāi)路LED及短路保護。

　　雖然汽車(chē)環(huán)境被公認為極度嚴苛，但LED照明系統設計者仍擁有許多選項，以針對嚴峻的效能需求選擇強固的LED驅動(dòng)器。此外，隨LED照明設備之采用率持續從后級轉移至低階汽車(chē)中，LED驅動(dòng)器之制造商更將積極提供創(chuàng )新產(chǎn)品，以全面滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。