汽車(chē)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shì)。HB LED一般需要一個(gè)準(zhǔn)確和高效率的直流電流源和一種調(diào)光方法。LED驅(qū)動(dòng)器IC設(shè)計(jì)必須能夠在多種條件下滿(mǎn)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??煽?,同時(shí)必須非常緊湊,并具有很高的性?xún)r(jià)比。可以說(shuō),就驅(qū)動(dòng)HB LED而言,要求最嚴(yán)苛的應(yīng)用之一就是汽車(chē)前燈應(yīng)用,因?yàn)檫@類(lèi)應(yīng)用須承受?chē)?yán)苛的汽車(chē)電氣環(huán)境的考驗(yàn),必須提供很大的功率(一般情況下為50W~75W),必須能夠放進(jìn)熱量和空間都受限的外罩中,與此同時(shí)還必須保持富有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。
汽車(chē)LED前燈
尺寸小、壽命極長(zhǎng)、低功耗、強(qiáng)大的調(diào)光能力等優(yōu)勢(shì)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(chē)制造商都開(kāi)始采用LED,以設(shè)計(jì)非常與眾不同的行車(chē)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(jì)、保時(shí)捷的4象限設(shè)計(jì)以及無(wú)數(shù)新出現(xiàn)的設(shè)計(jì)中,LED前燈設(shè)計(jì)都體現(xiàn)了類(lèi)似的趨勢(shì)。
將LED用于汽車(chē)前燈有幾種積極影響。首先,這種前燈不需要更換,因?yàn)槠涔虘B(tài)器件壽命超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)(11.5年使用年限),這超過(guò)了車(chē)輛的使用壽命。因此汽車(chē)制造商可以永久性地將LED嵌入到前燈設(shè)計(jì)中,而無(wú)需考慮更換問(wèn)題。這使前燈的款式能夠有很大的變化,因?yàn)長(zhǎng)ED照明系統(tǒng)不需要氙氣燈(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(shí),HB LED的效率也比鹵素?zé)舾?而且不久就將高于HID ) 。這有兩個(gè)方面的積極影響。
首先,LED照明系統(tǒng)從汽車(chē)總線消耗的電功率較低,這在電動(dòng)型汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)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(wú)需任何笨重、昂貴的散熱裝置。最后,通過(guò)使用HB L E D陣列,并以電子方式改變其方向或?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)光,這樣的解決方案可設(shè)計(jì)成在很多不同的行駛條件下優(yōu)化照明。
設(shè)計(jì)參數(shù)
為了確保最佳性能和較長(zhǎng)的工作壽命,LED需要一種有效的驅(qū)動(dòng)電路。這類(lèi)驅(qū)動(dòng)器IC必須提供準(zhǔn)確的直流電流源,而且無(wú)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(chē)電池總線中見(jiàn)到的極端電壓范圍為冷發(fā)動(dòng)/啟停情況下的4.7V至負(fù)載突降情況下的60V。但更常見(jiàn)的是,電池總線電壓在通常情況下工作在9V~16V。因?yàn)楹芏噙@類(lèi)新型LED前燈應(yīng)用使用4至8個(gè)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?fù)浣oLED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(qū)動(dòng)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(kāi)路或短路問(wèn)題。除了可在電氣環(huán)境十分嚴(yán)苛的汽車(chē)電源總線可靠工作,LED驅(qū)動(dòng)器還必須具備高性?xún)r(jià)比和占用空間小的特點(diǎn)。
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一種新型同步升降壓HB LED驅(qū)動(dòng)器
LED驅(qū)動(dòng)器LT3791是一款同步升降壓DC/DC LED驅(qū)動(dòng)器和電壓控制器,可提供超過(guò)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(yīng)用,包括汽車(chē)、卡車(chē),甚至航空電子設(shè)備的HB LED前燈。同樣,其輸出電壓可以在0V~60V范圍內(nèi)設(shè)置,從而使其能夠在單串中驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED。
圖1所示為一個(gè)典型50W前燈應(yīng)用。該應(yīng)用使用單個(gè)電感準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)25V/2ALED串,提供50W LED功率。這個(gè)電路提供50:1 PWM調(diào)光比,能很好地滿(mǎn)足防眩光自動(dòng)調(diào)光要求。輸入和輸出LED電流受到監(jiān)視,同時(shí)提供故障保護(hù),以承受并報(bào)告開(kāi)路或短路LED情況。
其內(nèi)部4開(kāi)關(guān)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(chē)應(yīng)用。降壓、直通和升壓工作模式之間的轉(zhuǎn)換是無(wú)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(dú)特設(shè)計(jì)采用3個(gè)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(gè)外部開(kāi)關(guān)MOSFET,能夠以高達(dá)98%的效率連續(xù)提供從5W直至超過(guò)100W的LED功率,參見(jiàn)圖2。在以常規(guī)方法供電的車(chē)輛中,高效率很重要,可最大限度降低對(duì)散熱措施的需求,實(shí)現(xiàn)占板面積非常緊湊的扁平解決方案。而在電動(dòng)汽車(chē)中,這種功率節(jié)省還延長(zhǎng)了兩次充電之間車(chē)輛可行駛的里程。
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