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功能豐富的 LED 驅(qū)動器 IC 可用來實現(xiàn)大功率汽車 LED 前燈

作者: 時間:2016-12-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
背景信息

到 2015 年,高亮度 (HB) LED 的市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到 202 億美元 (數(shù)據(jù)來源:Strategies Unlimited)。驅(qū)動這種增長的關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域之一是汽車設(shè)計中使用的 LED。應(yīng)用包括前燈、白天行車燈和剎車燈、儀表顯示板背光照明、各種車內(nèi)梳妝照明 … 等等。這種令人驚嘆的增長速度不僅是因為 LED 具備高可靠性、低功耗以及更緊湊的外形尺寸,而且也因為 LED 能夠用來實現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計,例如可轉(zhuǎn)向前燈和防眩調(diào)光。此外,在汽車環(huán)境中,所有這些改進(jìn)都必須優(yōu)化,同時還要承受相對嚴(yán)苛的汽車電氣及物理環(huán)境的考驗。不用說,這些解決方案還必須非常扁平、占板面積非常緊湊,同時能夠提高總體性價比。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201612/325406.htm

盡管 LED用于白天行車燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向指示燈和內(nèi)部照明已經(jīng)有幾年了,但是少數(shù)特定于前燈的應(yīng)用只是不久前才出現(xiàn),例如奧迪 A8 和 R8 以及雷克薩斯 LS600h。不過,在過去一年,幾家汽車制造商已經(jīng)在其最流行的車型中引入了 LED 前燈。2014 年,豐田為其最暢銷的豐田卡羅拉引入了 LED 前燈,如圖 1 所示。此外,豐田的其他幾款車型也采用了 LED 前燈,本田、日產(chǎn)、保時捷和奧迪也在大多數(shù)即將上市的車型中引入了 LED 前燈。很多人估計,2014 年 LED 前燈市場規(guī)模將超過 30 億美元。

圖 1:2014 豐田卡羅拉 LED 前燈

汽車照明系統(tǒng)設(shè)計師面臨的最大挑戰(zhàn)之一是,怎樣充分發(fā)揮最新一代 HB LED 的所有優(yōu)勢。HB LED 一般需要一個準(zhǔn)確和高效率的 DC 電流源和一種調(diào)光方法。LED 驅(qū)動器 IC 必須設(shè)計為,能夠在多種條件下滿足這些要求。因此,電源轉(zhuǎn)換解決方案必須效率非常高、功能非常可靠,同時必須非常緊湊和具有很高的性價比??梢哉f,就驅(qū)動 HB LED 而言,要求最嚴(yán)苛的應(yīng)用之一就是汽車前燈應(yīng)用,因為這類應(yīng)用須承受嚴(yán)苛的汽車電氣環(huán)境的考驗,必須提供很大的功率 (一般情況下為 50W 至 75W),必須能夠放進(jìn)熱量和空間都受限的外罩中,與此同時還必須保持富有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。

汽車 LED 前燈

尺寸小、壽命極長、低功耗、強(qiáng)大的調(diào)光能力等優(yōu)勢是 HB LED 前燈得到廣泛采用的催化劑。幾年前,奧迪、戴姆勒、雷克薩斯等大多數(shù)汽車制造商都開始采用 LED 以設(shè)計非常與眾不同的行車燈或前燈的“眉毛”,以此彰顯其品牌的與眾不同。在謳歌的寶石眼設(shè)計、保時捷的 4 象限設(shè)計以及無數(shù)新出現(xiàn)的設(shè)計中,LED 前燈設(shè)計都體現(xiàn)了類似的趨勢。

將 LED 用于汽車前燈有幾種積極影響。首先,這種前燈從不需要更換,因為其固態(tài)器件壽命超過 10 萬小時 (11.5 年使用年限),這超過了車輛的使用壽命。因此汽車制造商可以永久性地將 LED 嵌入到前燈設(shè)計中,而無需考慮更換問題。這使前燈的款式能夠有很大的變化,因為 LED 照明系統(tǒng)不需要 HID 或鹵素?zé)裟菢拥纳疃然蛎娣e。在靠輸入電功率提供光輸出 (以流明為單位) 時,HB LED 的效率也比鹵素?zé)舾?(而且不久就將高于 HID)。這有兩個方面的積極影響。首先,LED 照明系統(tǒng)從汽車總線消耗的電功率較低,這在電動型汽車和混合動力汽車中尤其重要,而同等重要的是,LED 照明系統(tǒng)減少了需要從外殼散出的熱量,從而無需任何笨重、昂貴的散熱裝置。最后,使用 HB LED 陣列,并以電子方式改變其方向、對其調(diào)光,這樣的 LED 照明系統(tǒng)設(shè)計允許在很多不同的行駛條件下優(yōu)化照明。

設(shè)計參數(shù)

為了確保最佳性能和較長的工作壽命,LED 需要一種有效的驅(qū)動電路。這類驅(qū)動器 IC 必須提供準(zhǔn)確的 DC 電流源,而且無論輸入電源的變化范圍有多寬,都要提供嚴(yán)格控制的 LED 電壓調(diào)節(jié)。汽車電池總線中見到的極端電壓范圍為冷車發(fā)動 / 停-啟情況下的 4.7V 至負(fù)載突降情況下的 60V。但是更常見的是,電池總線電壓在通常情況下工作在 9V 至 16V 電壓范圍。由于很多這類新型 LED 前燈應(yīng)用使用 4 至 8 個串聯(lián) HB LED,因此總的電壓降為 12V 至 25V,而電池總線電壓范圍可能達(dá)到 4.7V 至 60V,所以需要降壓-升壓型拓?fù)?/strong>給 LED 供電,因為輸入電壓可能高于、低于或等于所需 LED 串電壓。其次,LED 驅(qū)動器必須提供一種調(diào)光方法,并提供多種保護(hù)功能,以防遭遇 LED 開路或短路問題。除了可在電氣環(huán)境十分嚴(yán)苛的汽車電源總線可靠工作,LED 驅(qū)動器還必須具備高性價比和占用空間小的特點。

一種新型同步降壓-升壓型 HB LED 驅(qū)動器

幸運(yùn)的是,已經(jīng)有一種新的解決方案應(yīng)對上述困境,那就是凌力爾特公司的 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 輸入電壓范圍使該器件非常適合多種應(yīng)用,包括汽車、卡車甚至航空電子設(shè)備的 HB LED 前燈。類似地,其輸出電壓可以在 0V 至 60V 范圍內(nèi)設(shè)定,從而使其能夠驅(qū)動多種單串 LED。

圖 2 所示為一個典型 50W 前燈應(yīng)用。該應(yīng)用運(yùn)用單個電感器準(zhǔn)確地調(diào)節(jié) 25V/2A LED 串,提供 50W LED 功率。這個電路提供 50:1 PWM 調(diào)光比,這很好地滿足了防眩自動調(diào)光要求。輸入和輸出 (LED) 電流受到監(jiān)視,同時提供故障保護(hù),以承受并報告開路或短路 LED 情況。

圖 2:具 50:1 調(diào)光比、效率達(dá) 98% 的 50W (25V、2A) 降壓-升壓型 LED 驅(qū)動器

其內(nèi)部 4 開關(guān)降壓-升壓型控制器用高于、低于或等于輸出電壓的輸入電壓工作,從而非常適合汽車應(yīng)用。降壓、直通和升壓工作模式之間的轉(zhuǎn)換是無縫的,盡管電源電壓變化范圍很寬,也能提供良好穩(wěn)定的輸出。LT3791 的獨特設(shè)計采用了 3 個控制環(huán)路,監(jiān)視輸入電流、LED 電流和輸出電壓,提供最佳性能和可靠性。

LT3791 采用 4 個外部開關(guān) MOSFET,能夠以高達(dá) 98% 的效率連續(xù)提供從 5W 直至超過 100W 的 LED 功率,參見圖 3。在以常規(guī)方法供電的車輛中,高效率是很重要,因為可最大限度降低對散熱措施的需求,實現(xiàn)占板面積非常緊湊的扁平解決方案。而在電動型汽車中,這種功率節(jié)省還延長了兩次充電之間車輛可行駛的里程。

±6% 的 LED 電流準(zhǔn)確度確保一個 LED 串中的每個 LED 都有恒定亮度,同時 ±2% 的輸出電壓準(zhǔn)確度可用來提供幾種 LED 保護(hù)功能,而且還使轉(zhuǎn)換器能夠作為恒定電壓源工作。LT3791 可按照應(yīng)用要求,運(yùn)用模擬或 PWM 調(diào)光。此外,其開關(guān)頻率可在 200kHz 至 700kHz 范圍內(nèi)設(shè)定,或同步至一個外部時鐘。其他功能包括輸出斷接、輸入和輸出電流監(jiān)視器、以及集成的故障保護(hù)。

圖 3:圖 2 中的 LED 效率

結(jié)論

人們對 LED 提供的高性能和高性價比有永不滿足的需求,這種需求促使多種新車型迅速采用 LED 前燈。新型 HB LED 驅(qū)動器 IC滿足了這種需求。這類新型 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保持一致的亮度,同時以高效率工作,提供范圍非常寬的調(diào)光比,以及提供各種保護(hù)功能,以提高系統(tǒng)可靠性。當(dāng)然,這類 LED 驅(qū)動器電路還必須提供占板面積非常緊湊、扁平和高熱效率解決方案。凌力爾特公司不斷重新定義其 LED 驅(qū)動器系列,以用 LT3791 等 HB LED 驅(qū)動器 IC 應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。此外,凌力爾特已經(jīng)開發(fā)了一個全面的大電流 LED 驅(qū)動器 IC 系列, 該系列專門針對汽車應(yīng)用,包括前燈正向照明、LCD 背光照明等。在汽車照明系統(tǒng)不斷需要更高性能的 LED 驅(qū)動器之情況下,設(shè)計師有了滿足這種需要的創(chuàng)新性 IC 解決方案。



關(guān)鍵詞: LED驅(qū)動器I

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