1 前言

　　LED被稱為第四代汽車光源，雖然一次性投入較高,，但擁有白熾燈無法比擬的優(yōu)點,，如LED車燈具有無延遲、節(jié)能,、長壽,、低熱、抗震,、色純度高等諸多特點,，已成為鎢絲燈、鹵素?zé)舻谋厝蝗〈a(chǎn)品,。每臺車內(nèi)部應(yīng)用如儀表板,、閱讀燈，外部應(yīng)用則為尾燈,、剎車燈,、方向燈、頭燈等,，汽車用照明已形成目前LED照明發(fā)展最快的應(yīng)用市場,。

　　今天，在一般的汽車上電子系統(tǒng)的成本約占20%以上,，有的豪華車上已飆升至30%以上,。汽車上設(shè)置的應(yīng)用實例包括：車載信息系統(tǒng)，安全系統(tǒng),，發(fā)動機的能源管理,，車載收音機、電視的衛(wèi)星接收,、移動電話以及其它無線電系統(tǒng)等等,。5年前，這些電子系統(tǒng)僅設(shè)置在高檔豪華車上,，現(xiàn)在每個汽車制造廠家,，已將其集成在中等規(guī)格的車輛上，大幅度加速了汽車用集成電路技術(shù)的飛躍發(fā)展,。

　　2 LED照明取代白熾燈泡

　　在車用照明產(chǎn)品方面,，由于供電電源來自汽車蓄電池，一般為24V,、48V直流電壓,，故需要有直流電源的LED驅(qū)動IC（集成電路），將交流電源直接轉(zhuǎn)換為直流電源,，并完成與LED電壓及電流的匹配,。

　　與此同時,，車載電子系統(tǒng)的元器件增加，要求的可用空間卻不斷縮小,。大幅度增加了每一系統(tǒng)的電子元器件密度,。所有電子系統(tǒng)均需要功率轉(zhuǎn)換的IC。通常,，對每一分支系統(tǒng)還要配置復(fù)式的多級電壓干線,。由于很高的功率密度和各系統(tǒng)散熱導(dǎo)致的高環(huán)境溫度，汽車上的有限空間和工作溫度范圍的限制,，故要求高效率的功率轉(zhuǎn)換是關(guān)鍵,。

　　在輸出電壓低和幾百毫安(mA)級以上的電流場合，因發(fā)出的熱量多,，簡單地用線性調(diào)節(jié)器來輸出電子系統(tǒng)要求的電壓已不實際,。由于這些條件的制約，從而采用開關(guān)調(diào)節(jié)器取代線性調(diào)節(jié)器,。開關(guān)調(diào)節(jié)器的優(yōu)點是：效率提高,，“碳足跡”少，附加設(shè)備的簡化以及EMI（電磁干擾）的減小等,。

　　迄今,，LED已出現(xiàn)在很多車輛的儀表盤背光(back lighting)，車內(nèi)照明及制動燈上,。豪華汽車廠愈益吸取了固態(tài)LED照明最新技術(shù)的優(yōu)點，借助這些高科技的電子技術(shù)含量和更輕,、更小,、更可靠的內(nèi)/外部照明器件，提高了現(xiàn)代汽車的美觀,、舒適程度,。例如，海拉作為汽車燈具領(lǐng)域的領(lǐng)先者,，一直將車燈技術(shù)作為一個重要的研究課題,。如今海拉已為新一代凱迪拉克白金版成功開發(fā)出全LED前照燈，并已投入量產(chǎn),。

　　LED還可以降低成本和延長使用壽命,。對比車內(nèi)照明用的白熾燈，頭燈用的HID（高強度放電）燈和鹵素?zé)?，它具有明顯的優(yōu)越性,。

　　3 對驅(qū)動電路的要求

　　由汽車蓄電池驅(qū)動LED，要求具有精密調(diào)節(jié)LED電流的DC/DC變換器,，以確保均勻的照明強度和色彩的完整性以及LED的保護,。而且,，DC/DC調(diào)節(jié)器應(yīng)按照指定的用途，頭燈或尾燈,，信號燈或車內(nèi)的閱讀燈等,，對特定的功率要進行優(yōu)化。此外,，由蓄電池電壓驅(qū)動一個或幾個LED燈串,，蓄電池電壓可能會出現(xiàn)大于、等于或小于負載電壓的情況,；另一種擔(dān)心則是在大的調(diào)光范圍內(nèi)能否有效調(diào)節(jié)LED的亮度,，并在低/高亮度級是否保持顯色特性。因此,，要求DC/DC驅(qū)動器的有效運行至關(guān)重要,，尤其是在驅(qū)動高亮度(HB) LED時 ，因未轉(zhuǎn)換成發(fā)射光的功率將消耗在發(fā)熱上,。

　　在出現(xiàn)某些特殊的工況下,，對驅(qū)動電路也提出了相應(yīng)要求。如圖1所示,，在負載一斷電(Load-dump)段,，這是發(fā)電機正給蓄電池充電時，蓄電池的連接線斷電,。這有可能發(fā)生在車輛正行駛,、蓄電池電線松脫，或車在運行中蓄電池電線斷開,。無蓄電池的情況下,，發(fā)電機正進行全充電，此時會產(chǎn)生瞬時高達80V的尖峰電壓,。

　　發(fā)電機瞬態(tài)吸收(Tran-sorbs)段,，通常定位于36V~60V母線電壓的某一位置，吸收大部分的浪涌電流,。然而發(fā)電機向下配置的DC/DC變換器則承受著這一36V~60V的瞬態(tài)峰值,，故要求這些變換器及子系統(tǒng)的容量能予以承受。某些實例中,，在這一瞬態(tài)過程采用調(diào)節(jié)輸出電壓,，關(guān)鍵在于DC/DC變換器應(yīng)能處理這些高的瞬態(tài)電壓。通常,，有各種不同的保護電路,，能在外部執(zhí)行瞬態(tài)吸收，但成本增加,，還占用可貴的空間,。

　　“冷曲軸”(cold crank)段,，發(fā)生在汽車發(fā)動機經(jīng)受冷卻或凝固期間，發(fā)動機油變的非常粘滯,。因而要求起動機輸出更大的轉(zhuǎn)矩,，相繼需要蓄電池提供更大的電流。這一大的電流負載導(dǎo)致蓄電池/一次母線的電壓降低,，甚至低于4V的點火電壓,。隨后，又回復(fù)至額定電壓13.8V（圖1）,。這在某些應(yīng)用場合,，例如發(fā)動電機控制、安全系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)均不可避免,。故要求具有良好調(diào)節(jié)的輸出電壓（一般為3.3V）貫穿“冷曲軸”段,，以實現(xiàn)全過程的無間斷（連續(xù)）運行。

　　4 LED驅(qū)動器的新IC

　　美國線性技術(shù)公司(LTC)研制成的兩塊新型DC/DC驅(qū)動器芯片,，能適應(yīng)汽車內(nèi)/外部照明的很多嚴(yán)格要求,，具有運行效率高、負載保護,、輸入/輸出電壓范圍寬以及精確的電流調(diào)節(jié)等特點,。因集成電路可構(gòu)建若干DC/DC拓撲，故能為設(shè)計者提供IC的合理選擇,，以滿足不同應(yīng)用場合下的功率轉(zhuǎn)換需求,。

　　LTC3783是帶恒流PWM調(diào)光的電流型多拓撲變換器（圖2），用于驅(qū)動大功率LED燈串,。本項專利技術(shù)可提供非?？於鴾?zhǔn)確的負載切換，不會產(chǎn)生瞬時的欠電壓或過電壓,，能數(shù)字式達到3000∶1的調(diào)光率(100Hz)，純色的PWM調(diào)光可確保白色LED和紅綠藍(RGB) LED的顏色完整性,。LTC3783利用模擬控制,，容許附加100∶1的調(diào)光比，因人眼對周圍光線的變化很敏感,，故這一比率必不可少,。該多功能的控制器可用于升壓、降壓,、升降壓雙向變換器或反激式(Flyback)變換器,，或作為恒流/恒壓的調(diào)節(jié)器。利用MOSFET的通態(tài)電阻(on-resistance)可取消傳感電流的電阻器,，并提高了效率,。LTC3783芯片的應(yīng)用還包括：高電壓LED陣列和LED背光,，以及在電訊、自動化與工業(yè)控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器,。

 

　　裝有LTC3783 LED驅(qū)動器在汽車上應(yīng)用時,，具有以下很重要的特點：(1)大電流、為輸出大的電流(≥1.5A),，LTC3783驅(qū)動外部的N溝道MOSFET,，可給高亮度(HB)和超高亮度(SHB) LED供電；(2)高電壓,、LTC3783 3V~36V的輸入運作和輸出電壓,，取決于外部功率元件的選擇，這可按標(biāo)準(zhǔn)確定,，易于驅(qū)動LED燈串或混串（串+并）,；(3)保護。對HB LED的保護,，需要IC結(jié)合精確的電流和輸出電壓調(diào)節(jié),。附加保護包括過電壓、過電流和軟啟動,；(4)調(diào)光,、以純色PWM3000∶1數(shù)字式調(diào)光時，在寬廣的調(diào)光比下保持LED恒定的顏色,。而且,，LTC3783還能附加模擬100∶1的調(diào)光。

　　另一種產(chǎn)品LTC3475是雙通道36V,、2MHz降壓式DC/DC變換器（圖3）,。設(shè)計用于恒電流LED驅(qū)動電路，能提供每通道1.5A的LED電流,。內(nèi)部的傳感電阻器和調(diào)光控制,，確保理想的驅(qū)動大電流LED，可在50mA~1.5A的電流范圍內(nèi),，保持高精度的輸出電流,，而均勻、純色的PWM電路,，能實現(xiàn)3000∶1的調(diào)光范圍,。

圖3

　　LTC3475以其寬的輸入電壓范圍(4V~36V，max40V),，可調(diào)節(jié)含汽車動力系統(tǒng)在內(nèi)的廣闊的電源陣列,。它的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)幅度為200kHz~2MHz，能利用很小的電感器和陶瓷電容器，與耐熱的TSSOP-16組件結(jié)合,，在驅(qū)動2個或4個大電流LED時,，可提供結(jié)構(gòu)非常緊湊的解決方案。

　　LTC3475利用高側(cè)的傳感,，能與接地的LED陰極連接,，而勿需大多數(shù)應(yīng)用中的接地線，電流型的控制與準(zhǔn)確的參考電壓,，優(yōu)化了精心調(diào)節(jié)的動態(tài)回路,，LED的電流恒定，波紋小,。兩個通道已分隔Vadj和PWM信號,，以便獨立操作。每一通道開關(guān)相互180°的相位差（異相）,，減少了兩通道上的輸出波紋,，減少了污染“足跡”，降低成本,，且附加有LED斷開保護和短路保護,。