汽車前燈需要降壓-升壓型LED驅(qū)動器

　　就發(fā)動機而言，停止-啟動系統(tǒng)的概念很容易理解，當車輛停止時，發(fā)動機關(guān)閉，然后在要求車輛再次開動時，發(fā)動機立即重新啟動。這樣一來，當汽車在行駛中因交通情況或紅燈而暫停時，就不會消耗燃油，也不會排放碳。這種停止-啟動設(shè)計可將燃油消耗量和碳排放量降低 5% 至高達 10%。不過，此類設(shè)計所面臨的最大挑戰(zhàn)是：怎樣使整個起停狀況不為駕駛者所察覺。為避免駕駛者覺察汽車的起停能力，存在著兩大設(shè)計障礙。第一個是快速重啟時間。有些制造商利用增強的啟動器設(shè)計，將重啟時間降至不到 0.5 秒，從而使重啟真正感覺不到。第二個設(shè)計挑戰(zhàn)是，在發(fā)動機關(guān)閉時，保持所有電子系統(tǒng)直接由電池供電，包括空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，而且同時仍然保持足夠的電池電量儲備，以在加速時快速重啟發(fā)動機。

　　為了納入停止-啟動功能，的確需要對動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計進行一些修改。過去的交流發(fā)電機也許還要用作增強的電動機起動器，以確?？焖僦貑?，另外，必須增加一個停止-啟動電子控制單元 (ECU)，以控制發(fā)動機何時以及怎樣啟動和停止。當發(fā)動機 / 交流發(fā)電機關(guān)閉時，電池必須能給車輛的各種燈、環(huán)境控制系統(tǒng)以及其他電子系統(tǒng)供電。此外，當再次需要發(fā)動機工作時，電池必須能給啟動器供電。這種極端的電池加載情況引入了另一個設(shè)計挑戰(zhàn)，這一次是電氣方面的挑戰(zhàn)，因為重啟發(fā)動機需要大量吸取電流，這又可能使電池電壓暫時被拉低至 5V。對 LED 驅(qū)動器的挑戰(zhàn)是，當電池總線電壓短暫下降至 5V、然后返回標稱的 13.8V (這時充電器返回穩(wěn)定狀態(tài)) 時，持續(xù)提供良好穩(wěn)定的輸出電壓和 LED 電流。

　　當汽車發(fā)動機處于寒冷或冰凍溫度一段時間后，會發(fā)生“冷車發(fā)動”情況。在這種情況下，機油變得極度黏滯，需要發(fā)動機啟動器提供更大的扭矩，這又導(dǎo)致從電池吸取更大的電流。這么大的負載電流可能在點火時將電池 / 主總線電壓拉低至不到 5V，之后該電壓一般返回到標稱的 13.8V。就發(fā)動機控制、行車安全和導(dǎo)航系統(tǒng)等應(yīng)用而言，在發(fā)生冷車發(fā)動情況時，保持良好穩(wěn)定的輸出電壓 (通常為 5V) 是非常重要的，這樣才能在車輛啟動時，持續(xù)保持電源系統(tǒng)工作。

　　如果電池電纜在交流發(fā)電機仍然在對電池進行充電時意外斷接，則將發(fā)生“負載突降”的情況。當電池電纜在汽車工作時出現(xiàn)松動、或者電池電纜在汽車行駛時出現(xiàn)斷裂，這種情況就有可能發(fā)生。電池電纜的這種突然斷接有可能導(dǎo)致高達 60V 的瞬態(tài)電壓尖峰，因為交流發(fā)電機試圖給不存在的電池完全充電。交流發(fā)電機上的瞬態(tài)電壓抑制器通常將總線電壓箝位在 30V 至 34V 之間，并吸收大部分浪涌電流;但是，交流發(fā)電機下游的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和 LED 驅(qū)動器要承受高達 36V 的瞬態(tài)電壓尖峰。在這類瞬態(tài)事件發(fā)生時，要求這些 LED 驅(qū)動器不僅不被損壞，還必須持續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓和 LED 電流。

　　一種面向汽車應(yīng)用的同步降壓-升壓型高亮度 LED 驅(qū)動器

　　幸運的是，對這些難題已經(jīng)有了新的解決辦法，那就是凌力爾特的 LT3791 LED 驅(qū)動器。LT3791 是一款同步降壓-升壓型 DC/DC LED 驅(qū)動器和電壓控制器，可提供超過 100W 的 LED 功率。其 4.7V 至 60V 的輸入電壓范圍使該器件非常適用于多種應(yīng)用，其中包括汽車、卡車甚至航空電子的高亮度 LED 前燈。類似地，其輸出電壓可以在 0V 至 60V 的范圍內(nèi)設(shè)定，從而能驅(qū)動多種單串 LED。

　　典型的 50W 前燈應(yīng)用如圖 2 所示。這個應(yīng)用運用單個電感器，以在 2A 時準確地調(diào)節(jié)一個 25V 的 LED 串，并提供 50W LED 功率。該電路可提供一個 50:1 的 PWM 調(diào)光比，非常適合于滿足防眩目自動調(diào)光要求。對輸入和輸出 (LED) 電流均進行了監(jiān)視，同時提供了故障保護功能，以安然承受并報告 LED 開路或短路情況?！　?/p>

 

　　其內(nèi)部的 4 個降壓-升壓型開關(guān)控制器在輸入電壓高于、低于或等于輸出電壓時工作，從而非常適用于汽車等應(yīng)用，在這類應(yīng)用中，輸入電壓在啟動 / 停止、冷車發(fā)動和負載突降情況下可能變化很大。在降壓、直通和升壓工作模式之間的轉(zhuǎn)換是無縫的，從而不管電源電壓的變化范圍有多寬，都能提供良好的穩(wěn)壓輸出。LT3791 的獨特設(shè)計采用了 3 個控制環(huán)路，以監(jiān)視輸入電流、LED 電流和輸出電壓，并提供最佳性能和可靠性。

　　LT3791 運用 4 個外部開關(guān) MOSFET，可連續(xù)提供從 50W 直至超過 100W 的 LED 功率，效率高達 98%，如圖 3 所示。在以傳統(tǒng)方式供電的車輛中，高效率是非常重要，因為可最大限度降低對散熱器的需求，從而實現(xiàn)占板面積非常緊湊的扁平解決方案。而在電動汽車 (EV) 中，這種功率節(jié)省可在充電之間增加車輛運行的里程數(shù)，這是非常寶貴的。

　　±6% 的 LED 電流準確度確保 LED 串提供恒定照明，同時 ±2% 的輸出電壓準確度可提供幾種 LED 保護功能，并使轉(zhuǎn)換器能作為恒定電壓源工作。LT3791 可按照應(yīng)用要求，采用模擬或 PWM 調(diào)光方法。此外，其開關(guān)頻率可在 200 kHz 至 700 kHz 范圍內(nèi)設(shè)定，或同步至一個外部時鐘。其他特點包括輸出斷接、輸入和輸出電流監(jiān)視器以及集成的故障保護?！　?/p>

 

　　結(jié)論

　　對更高性能和更高成本效益永無止境的需求驅(qū)動了高亮度 LED 應(yīng)用，尤其是對汽車前燈應(yīng)用的持續(xù)加速增長。這些需求必須由新型高亮度 LED 驅(qū)動器 IC 來滿足。新型 LED 驅(qū)動器必須提供恒定電流，無論輸入電壓或 LED 正向電壓如何變化，都可保持均勻的亮度，并以高效率工作，而且提供非常寬的調(diào)光范圍和各種保護功能，進而提高系統(tǒng)可靠性。當然，這些 LED 驅(qū)動器電路還必須能構(gòu)成占板面積非常緊湊、扁平和熱效率非常高的解決方案。幸運的是，凌力爾特不斷重新定義其 LED 驅(qū)動器系列，以利用 LT3791 這類高亮度 LED 驅(qū)動器 IC 迎頭戰(zhàn)勝這些挑戰(zhàn)。此外，凌力爾特已經(jīng)開發(fā)出了一個完整的大電流 LED 驅(qū)動器 IC 系列，該系列專門針對汽車應(yīng)用，適用于從先進的前向照明前燈到 LCD 背光照明的各種應(yīng)用。汽車照明系統(tǒng)持續(xù)需要更高性能的 LED 驅(qū)動器，現(xiàn)在，設(shè)計師有了創(chuàng)新的 IC 解決方案來滿足這種需求了。