【導讀】市場(chǎng)調研數據顯示，2021年全球LED頭燈滲透率超過(guò)60%，其中新能源車(chē)種的滲透率更是高達90%以上。隨著(zhù)車(chē)市出貨提升以及LED照明滲透率推升的雙重成長(cháng)動(dòng)能下，預估2021年全球車(chē)用LED市場(chǎng)產(chǎn)值將達35.1億美元，年成長(cháng)率31.8%，顯示出LED頭燈和車(chē)用顯示LED產(chǎn)品仍是車(chē)用LED市場(chǎng)成長(cháng)的主要動(dòng)能。LED廣泛用于導航及娛樂(lè )設備顯示器的背光以及汽車(chē)內部、外部照明，例如日間行駛燈、尾燈，等等。汽車(chē)智能化、電動(dòng)化日益成為主要趨勢的今天，利用好高效率高性能的LED照明設計，可以為汽車(chē)照明、智能座艙、人機界面帶來(lái)提升，本文就以亞德諾半導體（ADI）的三款解決方案為例提供汽車(chē)LED電路設計思路。
高調光比LED驅動(dòng)器保障行車(chē)安全
汽車(chē)平視顯示器、信息娛樂(lè )系統和儀表盤(pán)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(chē)內的直射陽(yáng)光相抗衡，而且還能把亮度降低幾個(gè)數量級，以避免在夜間使駕駛者出現瞬間致盲。一般的 LED 驅動(dòng)器為實(shí)現如此高之調光比可謂是無(wú)能為力。
集成了 36V、2A 開(kāi)關(guān)的 LT3932 同步降壓型 LED 驅動(dòng)器具有很高的 PWM調光比。LT3932 將其高效率集成化電源開(kāi)關(guān)內置在一個(gè)小外形 4mm x 5mm QFN 封裝中，并能以高達 2MHz 開(kāi)關(guān)頻率運行，適用于緊湊的高帶寬設計。當不需要高調光比能力，而且簡(jiǎn)單性是首要考慮因素時(shí)，其內部 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 調光比。憑借用于處理開(kāi)路和短路 LED 的內置故障保護功能，以及旨在幫助降低 EMI 的擴展頻譜頻率調制，LT3932 可滿(mǎn)足汽車(chē)和工業(yè) LED 照明應用的苛刻要求。
2MHz 汽車(chē) LED 驅動(dòng)器具有低 EMI 和在內部產(chǎn)生的 PWM 調光以及整個(gè)輸入范圍內的 90% 峰值效率 (未采用 EMI 濾波器時(shí)效率為 ~91%)
基于四開(kāi)關(guān)降壓升壓型控制器的整個(gè)車(chē)前燈組驅動(dòng)
使用多個(gè)驅動(dòng)器驅動(dòng)整個(gè)車(chē)前燈組的傳統方式，不僅使物料清單和生產(chǎn)過(guò)程復雜化，而且還會(huì )導致難以滿(mǎn)足EMI標準。每個(gè)額外的驅動(dòng)器都會(huì )將其高頻信號添加至交織混雜的EMI，從而使EMI認證、故障排除和緩解工作變得復雜。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)工作量并免除增設昂貴EMI金屬屏蔽外殼的需要。而且，它還應該是高效率的。
以ADI公司的同步、四開(kāi)關(guān)降壓-升壓型LED控制器LT8391A為例，提供一種在滿(mǎn)足所有上述要求的解決方案，并可驅動(dòng)整個(gè)車(chē)前燈組，而且還是僅采用單個(gè)控制器。LT8391A LED驅動(dòng)器專(zhuān)為汽車(chē)前照燈而設計，它采用AEC-Q100組件并滿(mǎn)足CISPR25 Class5輻射EMI標準。擴展頻譜頻率調制降低了EMI，而且還在執行PWM調光的同時(shí)無(wú)閃爍地運行，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。對于2MHz轉換器而言，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。
采用LT8391A的2MHz演示電路DC2575A以1.5A驅動(dòng)16V LED。
汽車(chē)EMI要求不容易通過(guò)高功率轉換器得到滿(mǎn)足。布設在大面積PCB上且靠近大電容器的高功率開(kāi)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)大檢測電阻器的時(shí)候。獨特的LT8391A升降壓型架構將檢測電阻器從降壓和升壓開(kāi)關(guān)對熱環(huán)路中去除，因而實(shí)現了低EMI。
從上圖可以看出，LT8391A 2MHz、60V 升降壓型 LED 驅動(dòng)器控制器可為汽車(chē)前照燈中的LED燈串供電，該器件的特點(diǎn)包括其低EMI四開(kāi)關(guān)架構和擴展頻譜頻率調制功能，用于滿(mǎn)足CISPR 25 Class 5 EMI 規格要求。此外，該器件獨特的高開(kāi)關(guān)頻率允許其在高于A(yíng)M頻段的頻率條件下工作，因而所需的EMI濾波設計非常少。
汽車(chē)日間行駛燈高亮度LED驅動(dòng)電路設計
高亮度LED技術(shù)的發(fā)展使得與傳統的照明技術(shù)的對比優(yōu)勢越發(fā)明顯——更環(huán)保、更安全、更節能，而且能改善汽車(chē)的內飾外觀(guān)和設計風(fēng)格，并具有更長(cháng)的使用壽命。過(guò)去由于高亮度LED驅動(dòng)器的局限性，設計人員還無(wú)法在效率、最少的外部元件數量、最低EMI以及寬范圍PWM調光等方面進(jìn)行優(yōu)化。而隨著(zhù)像MAX16814這樣的高性能多串LED驅動(dòng)器的推出，可以解決上述技術(shù)瓶頸，這些驅動(dòng)器的開(kāi)關(guān)和線(xiàn)性控制器之間能夠進(jìn)行雙向通信。
MAX16814可以驅動(dòng)4串LED、每串電流可達150mA，大大減少了外部元件的數量。另外，MAX16814具有完備的故障保護措施和檢測功能，任何一串出現開(kāi)路或短路的LED時(shí)將關(guān)閉這一串的工作，并向系統發(fā)出故障報警輸出。下圖是一個(gè)完整的汽車(chē)平視顯示器或行駛燈驅動(dòng)子系統的設計案例，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(kāi)關(guān)轉換器與線(xiàn)性吸電流調節器部分可以進(jìn)行雙向通信，而不是獨立工作。其通信功能有助于獲得更高效率，避免了許多傳統驅動(dòng)器所面臨的問(wèn)題。汽車(chē)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(chē)行駛過(guò)程中始終保持開(kāi)啟狀態(tài)，要求較高的可靠性/冗余設計，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(kāi)路引發(fā)的問(wèn)題，一旦一個(gè)LED發(fā)生故障，VBOOST開(kāi)始上升，電壓達到OVP門(mén)限時(shí)即可識別出發(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 )對用戶(hù)造成其它影響。
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