車(chē)用LCD面板背光應用電源浪涌設計考量

　　車(chē)用的DC電源由電源線(xiàn)提供，這條電源線(xiàn)連接了所有基于線(xiàn)路供電的電子模組、電池，以及由汽車(chē)引擎驅動(dòng)的發(fā)電機。對于典型的12V或24V系統來(lái)說(shuō)，我們通?？吹降碾娫措妷鹤兓癁椤?0％。因此，汽車(chē)應用中的所有電子模組都應該特別注意輸入電壓的變化。但是在電源浪涌期間，電源電壓會(huì )大幅上升。在國際標準ISO7637-2中有pulse 2a和pulse 5a規範，并說(shuō)明產(chǎn)生浪涌的一些塬因，pulse 2a所定義的浪涌是由線(xiàn)路和線(xiàn)束供電的電子模組中突然中斷的電感電流所引起。pulse 5a所定義的浪涌是由以下情況所引起：當一個(gè)負載突降瞬態(tài)放電的電池被斷開(kāi)而且發(fā)電機同時(shí)又在利用殘存在其電路的其他負載產(chǎn)生的充電電流時(shí)，激增發(fā)生并產(chǎn)生浪涌。

　　描述上述浪涌的典型電源電壓曲線(xiàn)如圖1所示，相應的參數列于表1。由圖中可看出最大電源電壓可能是額定電壓的5至7倍。雖然浪涌的持續時(shí)間不長(cháng)，對pulse 2a來(lái)說(shuō)只有0.05ms，而對pulse 5a來(lái)說(shuō)只有幾百毫秒，但直接連接到電源線(xiàn)的電子模組都可能由于浪涌過(guò)高而導致電壓損壞。通常解決浪涌的做法是增加一個(gè)類(lèi)似瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）這種類(lèi)型的外部元件，它可以在電源浪涌期間箝制峰值電源電壓。箝制電壓的值可由客戶(hù)選定。不過(guò)，電子模組的設計人員總是著(zhù)眼于可以在寬廣輸入電壓範圍工作的應用電路，讓單一設計可以滿(mǎn)足客戶(hù)的多樣化需求。

　　汽車(chē)背光應用的LED驅動(dòng)器

　　由于LED具有快速的回應時(shí)間、高對比和低功耗的特點(diǎn)，越來(lái)越多的人採用LED作為汽車(chē)應用中LCD面板背光的設計。LED一般透過(guò)串聯(lián)連接形成一個(gè)LED串（若是大型面板可用多串LED），因此一個(gè)電流調節器可以調節許多LED的電流。LED串所需的驅動(dòng)電壓通常高于電源電壓（12V或24V系統）。為提高驅動(dòng)LED串的電源電壓，電流調節器通常使用升壓轉換器。升壓LED驅動(dòng)器常見(jiàn)的架構包括可以驅動(dòng)多個(gè)LED串的升壓轉換器和多通道線(xiàn)性電流調節器，如圖2所示。升壓轉換器由電感L1、開(kāi)關(guān)Q1、升壓二極體D1和輸出電容COUT組成。VIN和VOUT分別為輸入和輸出電壓。LED燈串1到n經(jīng)VOUT連接至多通道線(xiàn)性電流調節器，其正向電壓表示為VLED1至VLEDn。每串LED的電流是由線(xiàn)性電流調節器1至n調節的，這些調節器嵌入在多通道線(xiàn)性電流調節器中，VCS1至VCSn代表每個(gè)線(xiàn)性電流調節器上的電壓降。

　　電源浪涌條件下的升壓轉換器

　　在正常工作情況下，VOUT被調節到一個(gè)保證能夠完全開(kāi)啟LED串的值，同時(shí)使VCS1至VCSn是最小值。舉例來(lái)說(shuō)，12個(gè)串聯(lián)LED的LED串的順向電壓（VLED1至VLEDn）是38V，如果VCS1至VCSn的典型電壓為1V，VOUT可能達到39V。因此，對于12V或24V系統，VOUT高于VIN。但在電源浪涌條件下，當VIN顯著(zhù)上升時(shí)，會(huì )出現VIN高于VOUT的異常情況。升壓轉換器的直接反應就是停止運轉，即停止開(kāi)關(guān)Q1，并使Q1保持關(guān)閉。但是在這種情況下升壓二極體D1被正向偏置，電感L1出現短路，所以電流路徑仍然存在（如圖2所示），導致VOUT約等于VIN，PEAK，其中VIN，PEAK是浪　　電源浪涌條件下的線(xiàn)性電流調節器

　　在電源浪涌條件下，VOUT可能上升到VIN，PEAK，但由于存在LED電流，每串LED（VLED1至VLEDn）的順向電壓保持不變，它仍然是由線(xiàn)性電流調節器來(lái)調節，所以不會(huì )受到影響。因此，VCS1至VCSn顯著(zhù)增加。例如在正常工作條件下，可使VLED1和VCS1分別為38V和1V。如果在浪涌條件下VIN，PEAK為48V，VCS1可能為10V，這是正常情況的10倍。由于流經(jīng)線(xiàn)性電流調節器的電流保持不變，VCS1至VCSn突然上升會(huì )大幅增加功率損耗。如果VIN，PEAK較大或VLED1至VLEDn較小，VCS1至VCSn則更大。這增加了線(xiàn)性電流調節器的功率損耗程度并可能會(huì )導致徹底損壞。為保護電路，良好的線(xiàn)性電流調節器設計應能減少調節電流，以限制浪涌條件下的功率損耗程度。

　　建議使用的電路設計和測量結果

　　圖3所示為使用升壓轉換器和採用德州儀器旗下美國國家半導體LM3492雙通道線(xiàn)性電流調節器組成的LED驅動(dòng)器。該電路可驅動(dòng)2個(gè)LED串，每串由12個(gè)150mA的LED組成，LED串的額定順向電壓為38V。圖4和圖5所示分別為在12V和24V正常輸入電壓下LM3492的SW、IOUT1（即線(xiàn)性電流調節器1的壓降VCS1）接腳的電壓穩態(tài)波形，以及總LED電流（ILED1+ILED2）。由此可以看出在正常條件下，VCS1低于1V。在VIN，PEAK為50V（圖6）的浪涌條件下，升壓轉換器停止運轉（VSW波形中看不到開(kāi)關(guān)），總LED電流保持不變，但VCS1上升到約9V，這表示功率損耗為9倍以上。當VIN從峰值　結論

　　越來(lái)越多人採用LED作為車(chē)用LCD面板背光的設計，但在電源浪涌條件下，車(chē)用電子模組可能要承受高出額定值5至7倍的輸入電壓。浪涌電壓可透過(guò)瞬態(tài)電壓抑制器等外部元件來(lái)進(jìn)行箝制，而箝位電壓可以由客戶(hù)設定。電子工程師總是致力于設計可在寬廣輸入電壓範圍工作的電子模組，從而使單一的設計能夠滿(mǎn)足客戶(hù)的多樣化需求。本文說(shuō)明由升壓轉換器和採用LM3492的雙通道線(xiàn)性電流調節器組成的LED驅動(dòng)器。在浪涌條件下，LED串仍然可以工作，這表示該設計能夠滿(mǎn)足在ISO失效模式嚴重程度分類(lèi)的A類(lèi)和B類(lèi)規範；同時(shí)說(shuō)明推薦電路在正常運行條件和浪涌條件下的波形。下降至額定電壓時(shí)，升壓轉換器通常不會(huì )很快開(kāi)啟，因此LED電流出現小幅下降。如果VIN，PEAK增加至65V（如圖7所示），VCS1進(jìn)一步上升至27V，但總LED電流被內部過(guò)功率保護電路降至大約200mA（即每個(gè)通道為100mA，而不是150mA），以便保護線(xiàn)性電流調節器。

涌條件下的箝位峰值電源電壓（取決于外部瞬態(tài)電壓抑制器）。我們必須注意的是，升壓控制器IC的最大電壓和開(kāi)關(guān)Q1（無(wú)論是使用外部開(kāi)關(guān)還是整合在IC中的開(kāi)關(guān)）的汲極電壓應高于VIN，PEAK。否則，元件可能會(huì )在浪涌條件下?lián)p壞。 保護升壓轉換器的另一種方法是在電源線(xiàn)路和升壓轉換器間插入一個(gè)開(kāi)關(guān)，如果檢測到浪涌開(kāi)關(guān)就會(huì )關(guān)閉。這種方法的主要缺點(diǎn)是由升壓轉換器供電的LED只能在浪涌條件下才能關(guān)閉。因此這種替代方法不適合ISO失效模式嚴重程度分類(lèi)中的A類(lèi)或B類(lèi)的設計，塬因是這兩種分類(lèi)規定曝露在干擾期間和干擾之后，A類(lèi)要求電子模組的所有功能都能像設計的那樣執行，而B(niǎo)類(lèi)也要求電子模組的功能在規定的容許下執行。