LED照明開關(guān)在汽車驅(qū)動中的應(yīng)用

一、引言

與目前的汽車內(nèi)部和外部照明解決方案相比，LED照明有很多優(yōu)勢，如性能更高、壽命更長、成本更低等，這種照明方式提高了汽車照明的美感和性能。直接用汽車電池驅(qū)動LED需要一個DC/DC轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)一個恒定的LED電流，并保護LED免受變幻莫測的汽車電池總線影響。這種轉(zhuǎn)換器還應(yīng)該根據(jù)一串LED中所含LED的數(shù)量和LED的類型進行優(yōu)化，也要根據(jù)前燈、尾燈和信號指示燈、內(nèi)部閱讀燈、儀表板或娛樂顯示器照明等應(yīng)用的功能而優(yōu)化，需要優(yōu)化的方面如下：

拓撲——LED電壓與電池電壓之間的關(guān)系決定采用降壓、升壓或降壓-升壓型拓撲，所選擇的拓撲要能在整個電池電壓范圍內(nèi)保持對LED電流的控制。

　　調(diào)光――大比例的LED調(diào)光必須在亮度等級上保持顏色特性不變，而且沒有眼睛看得見的起伏或振蕩。

　　效率――在非運行狀態(tài)功率損耗消耗電池電量，而且在汽車這種熱量壓力已經(jīng)很大的環(huán)境中，消耗的電量又轉(zhuǎn)變成了熱量。

　　二、驅(qū)動單個LED

　　車內(nèi)白光頂燈和化妝燈可能采用一個或兩個3WLED，每個LED產(chǎn)生75至100流明的亮度。這些LED的典型正向電壓范圍為3V至4.5V，最大電流為1A至1.5A，例如Lumileds公司（www.lumileds.com）的LuxeonIIIStar。最簡單的LED驅(qū)動器設(shè)計采用降壓型穩(wěn)壓器，直接用汽車電池驅(qū)動單個LED。圖1所示為具有調(diào)光功能的單個LED內(nèi)部照明電路。汽車電池的典型工作電壓范圍為9V至16V（典型值為12V）。一個消耗電量的電池在汽車起動之前電壓也許降至9V，汽車起動后交流發(fā)電機對其充電，使其電壓回復(fù)到高達14.4V。在冷車發(fā)動時，電池電壓也許降至4V，這時只有關(guān)鍵的電子電路必須工作。

圖1：具250:1PWM調(diào)光比的降壓型高壓1ALED驅(qū)動器LT3474

在電池和底盤上不同位置之間的長電纜以及電子噪聲環(huán)境使得汽車中總是存在高電壓尖峰。在為汽車設(shè)計選擇開關(guān)穩(wěn)壓器時，36V瞬態(tài)是必須考慮的。常常用簡單的保護二極管或濾波器來處理較高的電壓尖峰。

圖1中采用的LT3471轉(zhuǎn)換器集成電路是一個高電壓、大電流降壓型LED轉(zhuǎn)換器，該器件具有寬PWM調(diào)光比，可以驅(qū)動一個或多個LED電流高達1A。LT3471的如下特點使其非常適用于在汽車環(huán)境中驅(qū)動LED：

它是一個專用的LED驅(qū)動器，具有片上高壓開關(guān)和低壓電流監(jiān)測電阻，以最大限度地縮小電路板面積并簡化設(shè)計，同時保持高效率。

4V至36V的寬輸入電壓范圍允許該LED驅(qū)動器直接用汽車電池工作，同時提供恒定LED電流。

其降壓型拓撲和可調(diào)的寬頻率范圍允許利用小型、低成本、具高溫度系數(shù)的陶瓷電容器提供低紋波LED電流。

LT3474單LED降壓型轉(zhuǎn)換器的效率在12VIN時高于80%。通過VADJ引腳進行模擬控制時，隨著LED電流和亮度的降低，效率會下降，但是功耗仍保持很低。LT3474為汽車和由電池供電的應(yīng)用而定制，在置于停機狀態(tài)時僅消耗低于2uA（典型值為10nA）的電流。停機還可以起到LED接通/斷開按鈕的作用，就像按鈕或微控制器的作用一樣。LT3475LED驅(qū)動器是LT3474的雙通道版本，可以驅(qū)動電流均為1.5A的兩個單獨LED或LED串。

　　三、PWM調(diào)光和亮度控制

　　LED亮度可由圖1中的LT3474來控制，把一個模擬電壓輸入連接至VADJ引腳或把一個數(shù)字PWM信號輸送至PWM調(diào)光MOSFET的柵極和PWM引腳。簡單的模擬亮度控制通過降低內(nèi)部檢測電阻上的電壓，將恒定LED電流從1A降至更低的值，但是LED光線的顏色在低電流時會變化。調(diào)光比的實際限制大約為10:1。

另一種降低亮度的方法是數(shù)字PWM調(diào)光。在PWM接通期間，LED電流非常好地穩(wěn)定在1A。在PWM關(guān)斷期間，LED電流為零。這在降低亮度的同時保持了LED光線顏色和真彩特性。

PWM功能在集成電路內(nèi)部使得LED回歸至編程電流值時，對PWM調(diào)光的響應(yīng)非常快。LT3474的最大數(shù)字PWM調(diào)光比為250:1，這對內(nèi)部照明來說是富富有余了。LT3475可以高于1000:1的調(diào)光比調(diào)光。

　　四、LCD顯示器用LED串照明

　　GPS導(dǎo)航和車內(nèi)娛樂顯示器在日光條件下需要使用明亮的LED串，而在夜間工作時又需要寬調(diào)光比。LED串導(dǎo)致了與單個LED頂燈不同的難題。在這些顯示器中，就較小的LED而言，多個由6至10個LED組成的ＬED串電流通常都較低（<150mA），但是積聚起來的電壓卻高于汽車電池電壓。對這些顯示器來說，具有高效率和PWM調(diào)光能力的大功率升壓拓撲LED驅(qū)動器是必需的。

圖2是LT3486雙輸出升壓型LED驅(qū)動器的應(yīng)用，它以100mA恒定電流驅(qū)動兩串LED，LED電壓高達36V。

這個升壓型轉(zhuǎn)換器用小的電壓檢測電阻與LED串和PWM調(diào)光MOSFET串聯(lián)，并具有高效率。9V至16V的整個電池電壓范圍低于LED串的電壓。雙通道LED驅(qū)動器驅(qū)動20個LED組成的兩個LED串，同時保持最高開關(guān)電壓低于該集成電路的42V額定值。20個LED組成的單個LED串需要高得多的電壓。

　　圖2：在GPSLCD顯示器中，LT3486以100mA電流驅(qū)動20個白光LED

在電池工作電壓范圍內(nèi)，效率大約為90%。如果電池電壓降至4V，LT3486仍會工作，但是視LED編程電流和LED數(shù)量而定，可能進入限流狀態(tài)。該轉(zhuǎn)換器停機時僅消耗低于1uA（典型值為100nA）的電流。LED電流通過選擇外部檢測電阻值設(shè)定，選擇檢測電阻時基于非常低的200mV檢測電阻電壓以實現(xiàn)高效率。每個LED串的電流都可以用CTRL引腳上的模擬信號調(diào)節(jié)，最高調(diào)光比為10:1，或者用PWM信號調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)高得多的調(diào)光比。

就夜間觀看極亮的顯示器而言，LT3486以其獨特的內(nèi)部PWM調(diào)光架構(gòu)提供1000:1的PWM調(diào)光比。內(nèi)部LED電流存儲器具有超快PWM響應(yīng)時間，可以低于10us的時間讓LED電流從零返回到100mA，以實現(xiàn)真彩PWM調(diào)光。在高端顯示器中用兩個LT3486驅(qū)動分別代表紅、綠、綠、藍（R-G-G-B）的4個LED串，可實現(xiàn)1000:1的調(diào)光比，并在非常暗的夜間工作環(huán)境保持顯示器的真彩特性。

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