【導讀】市場調(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動能下，預估2021年全球車用LED市場產(chǎn)值將達35.1億美元，年成長率31.8%，顯示出LED頭燈和車用顯示LED產(chǎn)品仍是車用LED市場成長的主要動能。LED廣泛用于導航及娛樂設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，可以為汽車照明、智能座艙、人機界面帶來提升，本文就以亞德諾半導體（ADI）的三款解決方案為例提供汽車LED電路設計思路。
高調(diào)光比LED驅動器保障行車安全
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)的直射陽光相抗衡，而且還能把亮度降低幾個數(shù)量級，以避免在夜間使駕駛者出現(xiàn)瞬間致盲。一般的 LED 驅動器為實現(xiàn)如此高之調(diào)光比可謂是無能為力。
集成了 36V、2A 開關的 LT3932 同步降壓型 LED 驅動器具有很高的 PWM調(diào)光比。LT3932 將其高效率集成化電源開關內(nèi)置在一個小外形 4mm x 5mm QFN 封裝中，并能以高達 2MHz 開關頻率運行，適用于緊湊的高帶寬設計。當不需要高調(diào)光比能力，而且簡單性是首要考慮因素時，其內(nèi)部 PWM 發(fā)生器可用于產(chǎn)生受控于一個簡單 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)置故障保護功能，以及旨在幫助降低 EMI 的擴展頻譜頻率調(diào)制，LT3932 可滿足汽車和工業(yè) LED 照明應用的苛刻要求。
2MHz 汽車 LED 驅動器具有低 EMI 和在內(nèi)部產(chǎn)生的 PWM 調(diào)光以及整個輸入范圍內(nèi)的 90% 峰值效率 (未采用 EMI 濾波器時效率為 ~91%)
基于四開關降壓升壓型控制器的整個車前燈組驅動
使用多個驅動器驅動整個車前燈組的傳統(tǒng)方式，不僅使物料清單和生產(chǎn)過程復雜化，而且還會導致難以滿足EMI標準。每個額外的驅動器都會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，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、四開關降壓-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，并可驅動整個車前燈組，而且還是僅采用單個控制器。LT8391A LED驅動器專為汽車前照燈而設計，它采用AEC-Q100組件并滿足CISPR25 Class5輻射EMI標準。擴展頻譜頻率調(diào)制降低了EMI，而且還在執(zhí)行PWM調(diào)光的同時無閃爍地運行，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16V LED。
汽車EMI要求不容易通過高功率轉換器得到滿足。布設在大面積PCB上且靠近大電容器的高功率開關和電感器會形成不希望有的熱環(huán)路，特別是在包括一個大檢測電阻器的時候。獨特的LT8391A升降壓型架構將檢測電阻器從降壓和升壓開關對熱環(huán)路中去除，因而實現(xiàn)了低EMI。
從上圖可以看出，LT8391A 2MHz、60V 升降壓型 LED 驅動器控制器可為汽車前照燈中的LED燈串供電，該器件的特點包括其低EMI四開關架構和擴展頻譜頻率調(diào)制功能，用于滿足CISPR 25 Class 5 EMI 規(guī)格要求。此外，該器件獨特的高開關頻率允許其在高于AM頻段的頻率條件下工作，因而所需的EMI濾波設計非常少。
汽車日間行駛燈高亮度LED驅動電路設計
高亮度LED技術的發(fā)展使得與傳統(tǒng)的照明技術的對比優(yōu)勢越發(fā)明顯——更環(huán)保、更安全、更節(jié)能，而且能改善汽車的內(nèi)飾外觀和設計風格，并具有更長的使用壽命。過去由于高亮度LED驅動器的局限性，設計人員還無法在效率、最少的外部元件數(shù)量、最低EMI以及寬范圍PWM調(diào)光等方面進行優(yōu)化。而隨著像MAX16814這樣的高性能多串LED驅動器的推出，可以解決上述技術瓶頸，這些驅動器的開關和線性控制器之間能夠進行雙向通信。
MAX16814可以驅動4串LED、每串電流可達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措施和檢測功能，任何一串出現(xiàn)開路或短路的LED時將關閉這一串的工作，并向系統(tǒng)發(fā)出故障報警輸出。下圖是一個完整的汽車平視顯示器或行駛燈驅動子系統(tǒng)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升壓開關轉換器與線性吸電流調(diào)節(jié)器部分可以進行雙向通信，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(tǒng)驅動器所面臨的問題。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失效或開路引發(fā)的問題，一旦一個LED發(fā)生故障，VBOOST開始上升，電壓達到OVP門限時即可識別出發(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，不會對用戶造成其它影響。
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