引言
隨著消費者環(huán)保理念的加強，固態(tài)照明方案迅速成為汽車應用中首選的照明技術,。按照市場調研公司Strategies Unlimited得出的結論，通用照明,、背光及汽車應用將是高亮LED (HB LED)市場在今后幾年的主要增長動力,，到2011年，整個市場規(guī)模將會達到19億美元¹,。
與傳統(tǒng)的照明技術相比,，HB LED具有幾個關鍵優(yōu)勢：它們不含任何有害物質，例如CCFL中的汞元素,；消耗較低的功率而且具有更長的使用壽命,。另外，HB LED比傳統(tǒng)方案具有更高的成本競爭優(yōu)勢,，大大降低了系統(tǒng)的整體成本(例如：運行和維護成本),。當然，HB LED的使用也面臨一些特殊挑戰(zhàn),，特別是汽車等嘈雜的工作環(huán)境,。本文討論了HB LED驅動器選擇的基本原則，比較了不同的驅動器拓撲，針對不同的汽車照明應用提供了配置方案,，其中包括：汽車頂燈,、日間行駛燈(DRL)、尾燈(RCL),、霧燈和近光燈/遠光燈等,。
HB LED需要恒流驅動
HB LED驅動器用于管理HB LED的供電，驅動電路保持恒定的電流和最小的電壓波動非常關鍵,。過大的驅動電流會提高HB LED的結溫,，加快HB LED的退化。照明應用中,，為了獲得更高的流明，需要使用大功率HB LED,。這些HB LED的正向導通電流一般為350mA到1A,。白光、藍光和綠光 HB LED的正向電壓在2.8至4.5V范圍內,，紅光和琥珀光 HB LED的正向電壓在2.3至3.5V范圍,。為了保持固定的色譜和亮度，HB LED驅動必須滿足特定的額定電流要求,。用電壓源驅動HB LED,、串聯(lián)電阻限流，可能產生不可接受的亮度及光譜的變化,。
HB LED亮度調節(jié)
HB LED的發(fā)光顏色會隨著電流的變化而發(fā)生變化,，因此，采用脈寬調制(PWM)方式對固定電流進行調節(jié)效果優(yōu)于調節(jié)實際電流的幅度,，即將直流電流保持在HB LED廠商規(guī)定的固定值,，按照一定的頻率和占空比進行電流斬波，利用脈寬調制調節(jié)亮度可以在不同的亮度等級保持一致的光譜,。為了避免視覺閃爍,，調光頻率應高于100Hz。調光范圍取決于HB LED驅動器所允許的最小占空比,。
大部分LED驅動器需要由微處理器或外部定時器產生亮度控制信號,。MAX16806等HB LED驅動器則由內部產生PWM信號，通過DIM輸入端作用的外部電壓進行調制(圖1),。這種配置在汽車內部照明等應用中可以省去微處理器,。
圖1：350mA線性HB LED驅動器IC，MAX16806能夠省去微控制器或開關模式轉換器
汽車內部照明——線性驅動器
驅動HB LED的最佳方案是使用恒流源,。實現(xiàn)恒流源的簡單電路是：用一個MOSFET與HB LED串聯(lián),，對HB LED的電流進行檢測并將其與基準電壓相比較，比較信號反饋到運算放大器，進而控制MOSFET的柵極,。這種電路如同一個理想的電流源,，可以在正向電壓、電源電壓變化時保持固定的電流,。線性驅動器相對于開關模式驅動器的優(yōu)點是：電路結構簡單,，易于實現(xiàn)，因為沒有高頻開關,，所以也不需要考慮EMI問題,。此外，線性驅動器的外圍元件少,，可有效降低系統(tǒng)的整體成本,。
線性HB LED驅動器，例如：MAX16806,，內部集成了MOSFET和高精度基準,，能夠使每串LED保持一致的亮度(圖1)。例如：MAX16806所要求的輸入電壓只需比LED總壓降高出1V,。利用外部檢流電阻測量HB LED的電流,，從而在輸入電壓和LED正向電壓變化時，MAX16806能夠保證輸出恒定的電流,。線性驅動器的功耗等于HB LED電流乘以內部（或外部）串聯(lián)調整管的壓降,。當HB LED電流或輸入電源電壓增大時，功耗也會增大,，從而限制了線性驅動器的應用,。由于過熱會影響HB LED的使用壽命——這也是這類燈源的一個缺陷——限制燈管的功耗非常重要。
值得慶幸的是,，可以通過調節(jié)HB LED的亮度避免出現(xiàn)過熱,。為了降低功耗，MAX16806對輸入電壓進行監(jiān)測,，如果輸入電壓超過預先設定值,，它將減小HB LED的驅動電流以降低功耗。該項功能可以在某些應用中避免使用開關電源,，例如：汽車頂燈或DRL等,，這些應用中通常會在出現(xiàn)不正常的高電池電壓時將燈光調暗。
汽車外部照明——開關模式降壓驅動器
當輸入電壓遠遠高于串聯(lián)HB LED的總壓降時,，最好使用開關模式降壓(buck)轉換驅動器(圖2),，能夠使電源功耗降至最低，從而獲得較高的驅動器效率,。與一般HB LED驅動的buck控制器不同,，MAX16819,、MAX16820、MAX16822和MAX16832采用滯回控制,，沒有控制環(huán)路補償,，從而簡化了設計，有助于減少外部器件數(shù)量,。集成高壓電流檢測放大器,，能夠工作在高達2MHz的開關頻率，有效降低電路板空間和元件數(shù)量,，可理想用于汽車照明(RCL,、DRL、霧燈/近光燈),。
圖2：利用開關模式降壓轉換驅動器降低功耗并提高照明組件的驅動效率
汽車霧燈——開關模式Buck-Boost (SEPIC)驅動器
當輸入電壓高于或低于HB LED的總導通電壓時,，必須使用buck-boost模式驅動器。在buck-boost配置中,，需要一個浮動的電流檢測放大器檢測并調節(jié)HB LED電流,。另外還需要提供額外的保護，例如過壓保護,，在HB LED發(fā)生開路或短路失效時保護系統(tǒng)不被損壞。對于汽車霧燈,，輸入電壓的變化范圍可能在5.5V (冷啟動)至24V (電池倍壓),，此時，比較理想的選擇是buck-boost電路,，用于提供大功率LED的驅動,。驅動器還必須能夠承受40V以上的拋負載峰值電壓。
高度集成的HB LED驅動器,，例如：MAX16812或MAX16831,，在汽車前燈設計中有助于減少元件數(shù)量、降低成本,。例如：MAX16812內部集成了差分電流檢測放大器和額定電壓為76V的0.2Ω功率MOSFET,，用于控制單串HB LED的電流(圖3)。此外,，內部調光MOSFET驅動器在拋負載時可以自動關閉LED串的電源,，增強了系統(tǒng)的可靠性。
圖3：當輸入電壓可能高于或低于串聯(lián)HB LED的總電壓時,，應該選擇buck-boost驅動器拓撲
汽車中的LCD背光方案——開關模式boost驅動器
如果輸入電壓始終低于HB LED串的總電壓，則需要使用boost轉換器,。在2010年的新車型中,，普遍增加了平視顯示器,，升壓轉換器非常適合這類應用或LCD背光。這些應用需要3000:1的亮度調節(jié)范圍,，以適應車內寬范圍的環(huán)境光照條件,。驅動器必須提供一個額外的調光MOSFET驅動器，以便在極短的時間內接通/關閉LED,。調光MOSFET還能夠在拋負載時保護LED,。圖4所示HB LED驅動器電路用于汽車中LCD背光，MAX16834集成了高邊檢流放大器,、PWM調光MOSFET驅動器和高度可靠的保護電路,，大大簡化了LCD背光電路的設計。該款HB LED驅動器能夠提供3000:1 PWM調光范圍,，輸入電壓范圍為4.75V至28V,，在冷啟動和拋負載狀況下確保穩(wěn)定工作。
圖4：具有3000:1調光范圍的boost驅動器，內置保護電路,，可理想用于汽車娛樂設施的LCD背光
結論
合理選擇HB LED驅動器需要了解具體LED照明裝置的要求,，以優(yōu)化系統(tǒng)設計。設計人員首先需要確定電參數(shù),，例如：輸入電壓,、LED電流、LED正向導通電壓以及這些參數(shù)的變化范圍,。安全性,、EMI、熱管理,、機械性能以及可以利用的電路板面積也是必須考慮的因素,。線性驅動器比較適合低成本、低EMI應用,，例如：汽車內部照明,，設計簡單。開關型驅動器則適用于大功率,、高效率和寬輸入電壓范圍等應用場合,，例如：汽車的外部照明，但成本較高,，需要考慮EMI問題,。
Maxim針對不同應用提供廣泛的HB LED驅動解決方案，能夠在汽車固態(tài)照明中減小系統(tǒng)尺寸,，降低設計復雜度和成本,。所有汽車照明方案均可工作在-40°C至+125°C溫度范圍,，并且滿足汽車應用中對短路保護和熱關斷的要求。