新型HB LED驅動器用于大功率汽車LED前燈設計

　　人們對LED提供更高性能和更高性價比的需求永不滿足，這促使了多種新車型迅速采用LED前燈。新型LED驅動器IC滿足了這些需求，它的電流恒定，高效率性，調光比范圍寬，提供各種保護功能，以達到系統(tǒng)可靠性。在本文提出的解決方案中，LED驅動器電路占板面積非常緊湊、扁平和高熱效。

　　到2015年， 高亮度（HB）LED的市場規(guī)模預計將達到202 億美元（ 數(shù)據(jù)來源：Strategies Unlimited）。驅動這種增長的關鍵應用領域之一是汽車設計中使用的LED，包括前燈、白天行車燈、剎車燈、儀表顯示板背光照明、各種車內梳妝照明等。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，還因為LED能夠用來實現(xiàn)創(chuàng)新設計，例如可轉向前燈和防眩調光等。在汽車環(huán)境中，所有這些改進都必須優(yōu)化，同時還要承受相對嚴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。

　　盡管LED用于白天行車燈、剎車燈、轉向指示燈和內部照明已經(jīng)多年，但是少數(shù)特定于前燈的應用還是不久前才出現(xiàn)的，例如應用于奧迪A8和R8以及雷克薩斯LS600h的前燈。不過，在過去一年間，多家汽車制造商已經(jīng)在其最流行的車型中引入了LED前燈。2014 年，豐田為其最暢銷的卡羅拉車型引入了LED前燈，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。

　　汽車照明系統(tǒng)設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一般需要一個準確和高效率的直流電流源和一種調光方法。LED驅動器IC設計必須能夠在多種條件下滿足這些要求。因此，電源轉換解決方案必須效率非常高、功能非?？煽?，同時必須非常緊湊，并具有很高的性價比。可以說，就驅動HB LED而言，要求最嚴苛的應用之一就是汽車前燈應用，因為這類應用須承受嚴苛的汽車電氣環(huán)境的考驗，必須提供很大的功率（一般情況下為50W~75W），必須能夠放進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構。

　　汽車LED前燈

　　尺寸小、壽命極長、低功耗、強大的調光能力等優(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、雷克薩斯等汽車制造商都開始采用LED，以設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。在謳歌的寶石眼設計、保時捷的4象限設計以及無數(shù)新出現(xiàn)的設計中，LED前燈設計都體現(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)不需要氙氣燈 （HID）或鹵素燈那樣的深度或面積。在靠輸入電功率提供光輸出（以流明為單位）時，HB LED的效率也比鹵素燈高（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，通過使用HB L E D陣列，并以電子方式改變其方向或對其進行調光，這樣的解決方案可設計成在很多不同的行駛條件下優(yōu)化照明。

　　設計參數(shù)

　　為了確保最佳性能和較長的工作壽命，LED需要一種有效的驅動電路。這類驅動器IC必須提供準確的直流電流源，而且無論輸入電源的變化范圍有多寬，都要提供嚴格控制的LED電壓調節(jié)。汽車電池總線中見到的極端電壓范圍為冷發(fā)動/啟停情況下的4.7V至負載突降情況下的60V.但更常見的是，電池總線電壓在通常情況下工作在9V~16V.因為很多這類新型LED前燈應用使用4至8個串聯(lián)HB LED，且電壓降為12V~25V，而電池總線電壓范圍可能為4.7V~60V，所以需要升降壓拓撲給LED供電，其原因是輸入電壓可能高于、低于或等于所需的LED串電壓。其次，LED驅動器必須提供一種調光方法，并提供多種保護功能，以防遭遇LED開路或短路問題。除了可在電氣環(huán)境十分嚴苛的汽車電源總線可靠工作，LED驅動器還必須具備高性價比和占用空間小的特點。

　　一種新型同步升降壓HB LED驅動器

　　凌力爾特公司的LT3791 LED驅動器可以應對上述困境。LT3791是一款同步升降壓DC/DC LED驅動器和電壓控制器，可提供超過100W的LED功率。其4.7V~60V輸入電壓范圍使該器件非常適合多種應用，包括汽車、卡車，甚至航空電子設備的HB LED前燈。同樣，其輸出電壓可以在0V~60V范圍內設置，從而使其能夠在單串中驅動多個LED。

　　圖1所示為一個典型 50W前燈應用。該應用使用單個電感準確地調節(jié)25V/2ALED串，提供50W LED功率。這個電路提供50：1 PWM調光比，能很好地滿足防眩光自動調光要求。輸入和輸出LED電流受到監(jiān)視，同時提供故障保護，以承受并報告開路或短路LED情況。

　　圖1：具50：1調光比、效率達98%的50W（25V、2A）升降壓LED驅動器

　　其內部4開關升降壓控制器能夠在高于、低于或等于輸出電壓的輸入電壓下工作，非常適合汽車應用。降壓、直通和升壓工作模式之間的轉換是無縫的，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的獨特設計采用3個控制環(huán)路，監(jiān)視輸入電流、LED電流和輸出電壓，從而提供最佳的性能和可靠性。

　　LT3791采用4個外部開關MOSFET，能夠以高達98%的效率連續(xù)提供從5W直至超過100W的LED功率，參見圖2.在以常規(guī)方法供電的車輛中，高效率很重要，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。

　　圖2：圖1中的LED效率

　　±6%的LED電流準確度確保了一個LED串中的每個LED都有恒定亮度，同時，±2%的輸出電壓準確度可用來提供幾種LED保護功能，而且還使轉換器能夠作為恒定電壓源工作。LT3791可按照應用要求，使用模擬或PWM調光。此外，其開關頻率可在200kHz~700kHz設定，或同步至一個外部時鐘。其他功能包括輸出斷開、輸入和輸出電流監(jiān)視，以及集成的故障保護。