汽車前向照明為何需要高性能LED驅(qū)動(dòng)器

　　設(shè)計(jì)參數(shù)

　　為了確保最佳性能和長(zhǎng)工作壽命，LED 需要一種有效的驅(qū)動(dòng)電路。這意味著，無(wú)論輸入電壓源怎樣變化，驅(qū)動(dòng)器 IC 都必須高效率地提供準(zhǔn)確的 DC 電流并提供準(zhǔn)確的 LED 電壓調(diào)節(jié)。其次，驅(qū)動(dòng)器 IC 必須提供一種調(diào)光方法，還要提供多種保護(hù)功能，以防遭遇 LED 開(kāi)路或短路故障。除了依靠電氣環(huán)境十分惡劣的汽車電源總線可靠地工作，驅(qū)動(dòng)器 IC 還必須經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，節(jié)省空間。

停/啟、冷車發(fā)動(dòng)和負(fù)載突降情況

　　為了最大限度地提高燃油里程，同時(shí)盡量減少二氧化碳排放量，各種可選擇的驅(qū)動(dòng)技術(shù)一直在不斷發(fā)展。不論這些新技術(shù)采用的是電動(dòng)混合、清潔柴油還是更傳統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，它們都有可能還需要采用停-啟馬達(dá)設(shè)計(jì)。在世界各地的所有混合動(dòng)力型汽車設(shè)計(jì)中，停-啟馬達(dá)已經(jīng)普遍存在了，很多歐洲和亞洲的汽車制造商也已經(jīng)在傳統(tǒng)的汽油和柴油汽車中采用了這類停-啟設(shè)計(jì)。福特汽車公司不久前在美國(guó)宣布，將在即將推出面向美國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的車型中采用停-啟系統(tǒng)。

　　就發(fā)動(dòng)機(jī)而言，停-啟系統(tǒng)的概念簡(jiǎn)單易懂，當(dāng)車輛停止時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，然后當(dāng)要求車輛再次移動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)立即重新啟動(dòng)。在車輛停在車流中或停在紅燈處時(shí)，這可以節(jié)省燃油，減少尾氣排放。這種停-啟設(shè)計(jì)可以將燃油消耗和尾氣排放分別減少 5% 至 10%。然而，這種設(shè)計(jì)的最大挑戰(zhàn)是，不讓駕駛員感覺(jué)到整個(gè)停-啟過(guò)程。要想讓駕駛員感覺(jué)不到停-啟動(dòng)作，會(huì)遇到兩個(gè)主要的設(shè)計(jì)障礙。第一個(gè)是快速重啟。有些制造商利用增強(qiáng)的啟動(dòng)器設(shè)計(jì)，已經(jīng)將重啟時(shí)間縮短至不到 0.5s，從而使重啟過(guò)程 真正不被感覺(jué)到。第二個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，保持車中所有電子系統(tǒng)正常運(yùn)行，包括由電池直接供電的空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)；同時(shí)保持足夠的電力儲(chǔ)備，以在要加速時(shí)快速重啟發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　為了納入停-啟功能，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要進(jìn)行一些修改。也就是說(shuō)，原來(lái)的交流發(fā)電機(jī)可能還要兼作增強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器，以確保快速重啟。此外，必須增加一個(gè)停-啟電子控制單元 （ECU），以控制發(fā)動(dòng)機(jī)何時(shí)以及怎樣啟動(dòng)和停止。在發(fā)動(dòng)機(jī) / 交流發(fā)電機(jī)關(guān)閉時(shí)，電池必須能給車燈、環(huán)境控制以及其他電子系統(tǒng)供電。另外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要再次啟動(dòng)時(shí)，電池必須能給啟動(dòng)器供電。這種極端的電池加載要求又引入了另一個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，這是一個(gè)電氣方面的挑戰(zhàn)，因?yàn)橹貑l(fā)動(dòng)機(jī)需要吸取很大的電流，這可能暫時(shí)將電池電壓拉低至 6V。對(duì)于 LED 驅(qū)動(dòng)器的挑戰(zhàn)是，當(dāng)電池總線電壓短暫降至 6V、然后在充電器回到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)返回 13.8V 標(biāo)稱值時(shí)，連續(xù)提供良好穩(wěn)定的輸出電壓和 LED 電流。

　　汽車發(fā)動(dòng)機(jī)處于寒冷或冰凍溫度中一段時(shí)間以后，會(huì)發(fā)生冷車發(fā)動(dòng)情況。發(fā)動(dòng)機(jī)油變得極度粘稠，需要發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器提供更大的扭矩，這又需要從電池吸取更大的電流。這種大的負(fù)載電流可能在一點(diǎn)火時(shí)，將電池 / 主總線電壓拉至低于 6V，之后，該電壓一般會(huì)返回到 13.8V 的標(biāo)稱值。

　　當(dāng)電池電纜意外斷接而交流發(fā)電機(jī)仍然在給電池充電時(shí)，就會(huì)發(fā)生負(fù)載突降。當(dāng)電池電纜連接松動(dòng)而汽車正在運(yùn)行，或者當(dāng)電池電纜斷開(kāi)而汽車正在運(yùn)轉(zhuǎn)，都會(huì)發(fā)生這種負(fù)載突降情況。這種電池電纜的突然斷接可能導(dǎo)致高達(dá) 60V 的瞬態(tài)電壓尖峰，因?yàn)榻涣靼l(fā)電機(jī)試圖全力給一個(gè)已經(jīng)不在的電池充電。交流發(fā)電機(jī)上的瞬態(tài)電壓抑制器通常將總線電壓箝位在 30V 至 34V，并吸收大部分浪涌；不過(guò)，交流發(fā)電機(jī)下游的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和 LED 驅(qū)動(dòng)器會(huì)遭遇高達(dá) 36V 的瞬態(tài)電壓尖峰。人們不僅期望這些 LED 驅(qū)動(dòng)器能承受這樣的電壓尖峰，而且在發(fā)生這些瞬態(tài)事件時(shí)，這些 LED 驅(qū)動(dòng)器還必須連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓和 LED 電流。

　　短路保護(hù)

　　就白天行車燈和前燈而言，單串高亮度 LED 串中包括 6 到 20 個(gè) LED。由于標(biāo)稱輸入電壓為 13.8V，在某些瞬態(tài)情況下甚至更低，所以一般首選升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)，因?yàn)檫@種架構(gòu)比 SEPIC 或降壓-升壓型設(shè)計(jì)效率更高、更簡(jiǎn)單和具成本效率。不過(guò)，直到不久前，升壓型架構(gòu)一直難以抵御短路的影響。在汽車應(yīng)用中這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)?LED 在前端碰撞中容易被損壞，而且任何電弧都可能點(diǎn)燃濺出的汽油。由于這個(gè)原因，過(guò)去大多數(shù)前端照明 LED 應(yīng)用都采用更昂貴和更復(fù)雜的 SEPIC 解決放案，這種解決方案具備固有的短路保護(hù)能力。然而，隨著新的和具備非常堅(jiān)固保護(hù)能力的升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器的出現(xiàn)，未來(lái)的應(yīng)用將會(huì)采用這種設(shè)計(jì)，以提供效率更高和具成本效益的解決方案。

　　EMI問(wèn)題

　　降低 LED 驅(qū)動(dòng)器的任何電磁干擾 （EMI） 都有利于電源總線的總體設(shè)計(jì)。因?yàn)?LED 驅(qū)動(dòng)器通常是基于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的，所以降低開(kāi)關(guān)噪聲是人們所希望的。這可以通過(guò)采用擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。正如在圖 2 中