汽車(chē)應用中的LED照明方案

1.架構― LED 電壓與電池電壓之間的關(guān)系決定采用降壓、升壓或升降壓架構，所選擇的架構要能在整個(gè)電池電壓范圍內保持對 LED 電流的控制性。
2.調光―大比例的 LED 調光必須在亮度等級上保持顏色特性不變，并且沒(méi)有肉眼看得見(jiàn)的起伏或振蕩。
3.效率―在非運行狀態(tài)功率損耗消耗電池電量，而且在汽車(chē)這種熱量壓力已經(jīng)很大的環(huán)境中，消耗的電量又轉變成了熱量。

驅動(dòng)單一LED
車(chē)內白光頭燈和化妝燈可能采用一顆或兩顆 3W LED，每顆 LED 產(chǎn)生 75 至 100 流明的亮度。這些 LED的典型順向電壓范圍為 3V 至 4.5V，最大電流為 1A 至 1.5A，例如 Lumileds 公司的 Luxeon III Star。最簡(jiǎn)單的 LED 驅動(dòng)器設計采用降壓穩壓器，其直接以汽車(chē)電池驅動(dòng)單顆 LED。

如圖1所示，為具有調光功能的單顆 LED 內部照明電路。汽車(chē)電池的典型工作電壓范圍為 9V 至 16V（典型值為 12V）。一個(gè)消耗電量的電池在汽車(chē)啟動(dòng)前，電壓也許降至 9V，汽車(chē)啟動(dòng)后交流發(fā)電機對其充電，使其電壓回復到高達 14.4V，在冷啟動(dòng)時(shí)，電池電壓也許會(huì )降至 4V，這時(shí)只有關(guān)鍵的電子電路必須工作。

在電池和底盤(pán)上，不同位置之間的長(cháng)電纜以及電子噪聲環(huán)境使得汽車(chē)中總是存在著(zhù)高電壓尖峰。在為汽車(chē)設計選擇開(kāi)關(guān)穩壓器時(shí)，36V 瞬變是必須考慮的，通常會(huì )透過(guò)簡(jiǎn)單保護二極管或濾波器來(lái)處理較高的電壓尖峰。圖 1 所采用的 LT3471 轉換器集成電路，是一個(gè)高電壓、高電流降壓 LED 轉換器，該組件具備寬廣 PWM 調光比，可驅動(dòng)一顆或多顆 LED 電流達 1A 。LT3471提供4V至36V的寬廣輸入電壓范圍，使該 LED 驅動(dòng)器能直接以汽車(chē)電池工作，同時(shí)提供恒定LED電流，而其降壓架構和可調式的寬帶范圍，允許使用小型、低成本、具高溫度系數的陶瓷電容，提供低漣波的LED電流。

LT3474 單一LED 降壓轉換器的效率，在 12VIN 時(shí)高于 80%。通過(guò) VADJ 接腳進(jìn)行模擬控制時(shí)，隨著(zhù) LED 電流和亮度的降低，效率會(huì )下降，但功耗仍保持很低的狀況。LT3474 特別針對汽車(chē)和電池供電應用而定制，在關(guān)機狀態(tài)時(shí)僅消耗低于 2uA（典型值10nA）的電流。關(guān)機時(shí)，并仍可提供 LED 接通/斷開(kāi)按鈕功能，如同按鈕或微控制器的作用。LT3475 LED 驅動(dòng)器是 LT3474 的雙信道版本，可驅動(dòng)電流均為 1.5A 的兩組個(gè)別LED 或多串LED。

PWM 調光和亮度控制
LED 亮度可由圖 1的 LT3474 加以控制，其將一個(gè)模擬電壓輸入連接至 VADJ 接腳、或把一個(gè)數字 PWM 信號送至 PWM 調光 MOSFET 的閘極和 PWM 接腳。簡(jiǎn)單的模擬亮度控制，透過(guò)降低內部感測電阻的電壓，將恒定 LED 電流從 1A 降至更低值，但 LED 光線(xiàn)的顏色在低電流時(shí)會(huì )產(chǎn)生變化。調光比的實(shí)際限制大約為 10:1。

另一種降低亮度的方法是數字 PWM 調光。在 PWM 接通期間，LED 電流保持于穩定的1A。在 PWM 關(guān)斷期間， LED 電流為零。這在降低亮度的同時(shí)保持了 LED 光線(xiàn)顏色和真實(shí)色彩特性。

在集成電路內部，PWM 功能使LED 回歸至設定電流值時(shí)，達到對 PWM 調光的快速響應。LT3474 的最大數字 PWM 調光比為 250:1，這對內部照明來(lái)說(shuō)綽綽有余。LT3475 可以高于 1000:1 的調光比進(jìn)行調光。


LCD 顯示器以多串LED 照明
GPS 導航和車(chē)內娛樂(lè )顯示器，在日光條件下需要使用明亮的串聯(lián)LED ，而在夜間工作時(shí)又需要寬調光比，串聯(lián)LED 帶來(lái)了與單個(gè) LED 頭燈不同的難題。在這些顯示器中，就較小的 LED 而言，多串由 6 至 10 個(gè) LED 組成的 LED 串聯(lián)電流通常都較低（150mA），但是所聚集的電壓卻高于汽車(chē)電池電壓，對這些顯示器來(lái)說(shuō)，具有高效率和 PWM 調光能力的大功率升壓架構 LED 驅動(dòng)器是必要的。

圖2顯示 LT3486 雙組輸出升壓 LED 驅動(dòng)器的應用，其以 100mA 恒定電流驅動(dòng)兩串 LED，LED 電壓高達 36V。這個(gè)升壓轉換器以小電壓感測電阻與 LED 串聯(lián)和 PWM 調光 MOSFET 串行，并具有高效率。9V 至 16V 的整個(gè)電池電壓范圍低于 LED串聯(lián)的電壓。雙信道 LED 驅動(dòng)器驅動(dòng) 20 顆 LED 組成的兩個(gè) LED串聯(lián)，同時(shí)保持最高開(kāi)關(guān)電壓低于該集成電路的 42V 額定值，20 顆LED 組成的單串 LED串聯(lián)則需要更高的電壓。

在電池工作電壓范圍內，效率大約為 90%，如果電池電壓降至 4V，LT3486 仍會(huì )工作，但視 LED 設定電流和 LED 數量而定，亦可能進(jìn)入電流限制狀態(tài)。該轉換器關(guān)機時(shí)僅消耗低于1uA（典型值為 100nA）的電流。LED 電流透過(guò)選擇外部感測電阻值設定，選擇感測電阻時(shí)，以基于非常低的200mV 感測電阻電壓實(shí)現高效率。每個(gè) LED 串聯(lián)的電流都可透過(guò)CTRL 接腳上的模擬信號調節，最高調光比為 10:1，或者可用 PWM 信號調節，以實(shí)現更高的調光比。

如需在夜間觀(guān)看極亮的顯示器，LT3486 以其獨特的內部 PWM 調光架構提供 1000:1 的 PWM 調光比。內部 LED 電流內存具有超快 PWM 響應時(shí)間，可以低于 10us 的時(shí)間使 LED 電流從零返回100mA，以實(shí)現真實(shí)色彩 PWM 調光。在高端顯示器中，以?xún)蓚€(gè) LT3486 驅動(dòng)分別代表紅、綠、綠、藍（R-G-G-B）的 4 個(gè) LED 串聯(lián)，可實(shí)現 1000:1 的調光比，并在非常暗的夜間工作環(huán)境下保持顯示器的真實(shí)色彩特性。


信號指示燈、尾燈和前照燈照明
外部信號指示燈、尾燈和前照燈需要最高功率的 DC/DC LED 驅動(dòng)器，因為這些燈所運用的 LED 亮度最高，數量也最多。盡管基于熱量和穩流的限制，極亮的 LED 前燈還不多見(jiàn)，但是紅色及黃褐色的剎車(chē)燈和信號指示燈，卻因所具有的美感和耐用性而變得越來(lái)越常見(jiàn)。驅動(dòng)大功率黃褐色和紅色 LED 串聯(lián)，為內部照明和照明微調帶來(lái)了相同的挑戰，但是挑戰的困難度則不同，高調光比不是必要的，但是簡(jiǎn)單的接通/斷開(kāi)和高/低亮度功能則是有用的。LED 串聯(lián)的電壓常常超出汽車(chē)電池的電壓范圍，因而需要具有降壓和升壓、或升降壓功能的 LED 驅動(dòng)器。

圖 3 所顯示的 LT3477 升降壓 LED 驅動(dòng)器，以 1A 電流驅動(dòng)兩個(gè)大功率 LED。這兩個(gè) LED 無(wú)需以接地端為基準，連接的兩個(gè)端子一般是轉換器的輸出和電池輸入。LT3477 具備兩個(gè)獨特、和100mV 浮動(dòng)電流感測輸入接腳，此接腳連接與 LED 多串并聯(lián)、且不以接地端為基準的電流感測電阻。在汽車(chē)電池的工作電壓范圍內以及低于此范圍時(shí)，在電流直到 1A 的情況下都可實(shí)現準確的 LED 穩流。LT3477 的關(guān)機接腳用于達到車(chē)燈的接通/斷開(kāi)功能，并在未使用時(shí)將輸入電流降至1uA（典型值為 100nA）。IADJ 接腳用來(lái)為剎車(chē)燈和尾燈應用，如后端信號指示燈或剎車(chē)燈等實(shí)現高于 10:1 的模擬調光比，此類(lèi)應用無(wú)需真實(shí)色彩 PWM 調光。
　

圖 3：升降壓 LT3477 以 80% 的效率驅動(dòng) 1A 剎車(chē)燈和信號指示燈多串LED。
　

如圖 4 所示，大功率 LED 驅動(dòng)器 LTC3783 采用升降壓架構，驅動(dòng)用于汽車(chē)尾燈應用之6至10顆3W紅光 LED。外部開(kāi)關(guān) MOSFET 和開(kāi)關(guān)電流感測電阻為大功率和高壓 LED 驅動(dòng)器設計提供了最大的設計彈性。如果電池電壓降至低于 9V，則9V 至 36V 輸入和在電流為 1.5A 時(shí)，高達25V的LED 串聯(lián)輸出便需要100V的額定開(kāi)關(guān)電壓，以及高于 8A 的峰值開(kāi)關(guān)電流能力。在整個(gè)汽車(chē)電池電壓范圍內，1.5A 恒定電池電流是良好穩定的，就剎車(chē)燈和尾燈調光而言，在 100Hz 時(shí)，可以透過(guò)直接連接到 LTC3783 PWM接腳的 PWM 信號降低 LED 電流，以實(shí)現高達 200:1 的調光比。在 1kHz 時(shí)，調光比降低至 20:1，這對尾燈應用來(lái)說(shuō)已足夠了。調節 ILIM 接腳也可降低 LED 電流。
　

圖 4：LTC3783 剎車(chē)燈 LED 驅動(dòng)器以高于 90% 的效率驅動(dòng) 8 顆 1.5A 紅光 LED。
　

在功率最高的汽車(chē)應用&search=1