【導(dǎo)讀】市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2021年全球LED頭燈滲透率超過60%，其中新能源車種的滲透率更是高達(dá)90%以上。隨著車市出貨提升以及LED照明滲透率推升的雙重成長(zhǎng)動(dòng)能下，預(yù)估2021年全球車用LED市場(chǎng)產(chǎn)值將達(dá)35.1億美元，年成長(zhǎng)率31.8%，顯示出LED頭燈和車用顯示LED產(chǎn)品仍是車用LED市場(chǎng)成長(zhǎng)的主要?jiǎng)幽?。LED廣泛用于導(dǎo)航及娛樂設(shè)備顯示器的背光以及汽車內(nèi)部、外部照明，例如日間行駛燈、尾燈，等等。汽車智能化、電動(dòng)化日益成為主要趨勢(shì)的今天，利用好高效率高性能的LED照明設(shè)計(jì)，可以為汽車照明、智能座艙、人機(jī)界面帶來提升，本文就以亞德諾半導(dǎo)體（ADI）的三款解決方案為例提供汽車LED電路設(shè)計(jì)思路。
高調(diào)光比LED驅(qū)動(dòng)器保障行車安全
汽車平視顯示器、信息娛樂系統(tǒng)和儀表盤照明中使用的 LED 背光燈必須具備足夠的亮度，以便與在白天不斷涌入車內(nèi)的直射陽(yáng)光相抗衡，而且還能把亮度降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，以避免在夜間使駕駛者出現(xiàn)瞬間致盲。一般的 LED 驅(qū)動(dòng)器為實(shí)現(xiàn)如此高之調(diào)光比可謂是無(wú)能為力。
集成了 36V、2A 開關(guān)的 LT3932 同步降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器具有很高的 PWM調(diào)光比。LT3932 將其高效率集成化電源開關(guān)內(nèi)置在一個(gè)小外形 4mm x 5mm QFN 封裝中，并能以高達(dá) 2MHz 開關(guān)頻率運(yùn)行，適用于緊湊的高帶寬設(shè)計(jì)。當(dāng)不需要高調(diào)光比能力，而且簡(jiǎn)單性是首要考慮因素時(shí)，其內(nèi)部 PWM 發(fā)生器可用于產(chǎn)生受控于一個(gè)簡(jiǎn)單 DC 電壓的 128:1 PWM 調(diào)光比。憑借用于處理開路和短路 LED 的內(nèi)置故障保護(hù)功能，以及旨在幫助降低 EMI 的擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制，LT3932 可滿足汽車和工業(yè) LED 照明應(yīng)用的苛刻要求。
2MHz 汽車 LED 驅(qū)動(dòng)器具有低 EMI 和在內(nèi)部產(chǎn)生的 PWM 調(diào)光以及整個(gè)輸入范圍內(nèi)的 90% 峰值效率 (未采用 EMI 濾波器時(shí)效率為 ~91%)
基于四開關(guān)降壓升壓型控制器的整個(gè)車前燈組驅(qū)動(dòng)
使用多個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)整個(gè)車前燈組的傳統(tǒng)方式，不僅使物料清單和生產(chǎn)過程復(fù)雜化，而且還會(huì)導(dǎo)致難以滿足EMI標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)額外的驅(qū)動(dòng)器都會(huì)將其高頻信號(hào)添加至交織混雜的EMI，從而使EMI認(rèn)證、故障排除和緩解工作變得復(fù)雜。它必須具有小巧和通用的特點(diǎn)，以便容易地安裝到燈組十分受限的空間之中，并產(chǎn)生極低的EMI，從而盡量地減少研發(fā)工作量并免除增設(shè)昂貴EMI金屬屏蔽外殼的需要。而且，它還應(yīng)該是高效率的。
以ADI公司的同步、四開關(guān)降壓-升壓型LED控制器LT8391A為例，提供一種在滿足所有上述要求的解決方案，并可驅(qū)動(dòng)整個(gè)車前燈組，而且還是僅采用單個(gè)控制器。LT8391A LED驅(qū)動(dòng)器專為汽車前照燈而設(shè)計(jì)，它采用AEC-Q100組件并滿足CISPR25 Class5輻射EMI標(biāo)準(zhǔn)。擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制降低了EMI，而且還在執(zhí)行PWM調(diào)光的同時(shí)無(wú)閃爍地運(yùn)行，而且僅需小型的電感器以及特別小的輸入和輸出EMI濾波器。對(duì)于2MHz轉(zhuǎn)換器而言，不需要使用大型LC濾波器，而僅采用了小的鐵氧體磁珠以降低高頻EMI，這是極大的優(yōu)勢(shì)。
采用LT8391A的2MHz演示電路DC2575A以1.5A驅(qū)動(dòng)16V LED。
汽車EMI要求不容易通過高功率轉(zhuǎn)換器得到滿足。布設(shè)在大面積PCB上且靠近大電容器的高功率開關(guān)和電感器會(huì)形成不希望有的熱環(huán)路，特別是在包括一個(gè)大檢測(cè)電阻器的時(shí)候。獨(dú)特的LT8391A升降壓型架構(gòu)將檢測(cè)電阻器從降壓和升壓開關(guān)對(duì)熱環(huán)路中去除，因而實(shí)現(xiàn)了低EMI。
從上圖可以看出，LT8391A 2MHz、60V 升降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器控制器可為汽車前照燈中的LED燈串供電，該器件的特點(diǎn)包括其低EMI四開關(guān)架構(gòu)和擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制功能，用于滿足CISPR 25 Class 5 EMI 規(guī)格要求。此外，該器件獨(dú)特的高開關(guān)頻率允許其在高于AM頻段的頻率條件下工作，因而所需的EMI濾波設(shè)計(jì)非常少。
汽車日間行駛燈高亮度LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
高亮度LED技術(shù)的發(fā)展使得與傳統(tǒng)的照明技術(shù)的對(duì)比優(yōu)勢(shì)越發(fā)明顯——更環(huán)保、更安全、更節(jié)能，而且能改善汽車的內(nèi)飾外觀和設(shè)計(jì)風(fēng)格，并具有更長(zhǎng)的使用壽命。過去由于高亮度LED驅(qū)動(dòng)器的局限性，設(shè)計(jì)人員還無(wú)法在效率、最少的外部元件數(shù)量、最低EMI以及寬范圍PWM調(diào)光等方面進(jìn)行優(yōu)化。而隨著像MAX16814這樣的高性能多串LED驅(qū)動(dòng)器的推出，可以解決上述技術(shù)瓶頸，這些驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)和線性控制器之間能夠進(jìn)行雙向通信。
MAX16814可以驅(qū)動(dòng)4串LED、每串電流可達(dá)150mA，大大減少了外部元件的數(shù)量。另外，MAX16814具有完備的故障保護(hù)措施和檢測(cè)功能，任何一串出現(xiàn)開路或短路的LED時(shí)將關(guān)閉這一串的工作，并向系統(tǒng)發(fā)出故障報(bào)警輸出。下圖是一個(gè)完整的汽車平視顯示器或行駛燈驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)案例，電路包含了所有外部元件和輸入EMI濾波器，借助MAX16814的低噪聲特性，外部EMI濾波元件值可以很小。
MAX16814升壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器與線性吸電流調(diào)節(jié)器部分可以進(jìn)行雙向通信，而不是獨(dú)立工作。其通信功能有助于獲得更高效率，避免了許多傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器所面臨的問題。汽車的日間行駛燈和平視顯示器具有一個(gè)相同的性能要求：在汽車行駛過程中始終保持開啟狀態(tài)，要求較高的可靠性/冗余設(shè)計(jì)，任何情況下確保正常工作。MAX16814的雙向通信功能還能避免LED失效或開路引發(fā)的問題，一旦一個(gè)LED發(fā)生故障，VBOOST開始上升，電壓達(dá)到OVP門限時(shí)即可識(shí)別出發(fā)生故障的串，從AVO控制環(huán)路中禁止或移出該串，其它LED串保持正常工作。除了降低照明亮度外，不會(huì)對(duì)用戶造成其它影響。
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