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                      三款經典驅動方案點亮滲透率達90%的汽車LED照明應用

                      發布時間:2022-03-07 來源:ADI 責任編輯:wenwei

                      【導讀】市場調研數據顯示,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的直射陽光相抗衡,而且還能把亮度降低幾個數量級,以避免在夜間使駕駛者出現瞬間致盲。一般的 LED 驅動器為實現如此高之調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調光比。LT3932 將其高效率集成化電源開關內置在一個小外形 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。當不需要高調光比能力,而且簡單性是首要考慮因素時,其內部 PWM 發生器可用于產生受控于一個簡單 DC 電壓的 128:1 PWM 調光比。憑借用于處理開路和短路 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 可滿足汽車和工業 LED 照明應用的苛刻要求。


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                      2MHz 汽車 LED 驅動器具有低 EMI 和在內部產生的 PWM 調光以及整個輸入范圍內的 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方式,不僅使物料清單和生產過程復雜化,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,并產生極低的EMI,從而盡量地減少研發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。擴展頻譜頻率調制降低了EMI,而且還在執行PWM調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,這是極大的優勢。


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                      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路中去除,因而實現了低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制功能,用于滿足CISPR 25 Class 5 EMI 規格要求。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技術的發展使得與傳統的照明技術的對比優勢越發明顯——更環保、更安全、更節能,而且能改善汽車的內飾外觀和設計風格,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、最少的外部元件數量、最低EMI以及寬范圍PWM調光等方面進行優化。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,任何一串出現開路或短路的LED時將關閉這一串的工作,并向系統發出故障報警輸出。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。


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                      MAX16814升壓開關轉換器與線性吸電流調節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,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失效或開路引發的問題,一旦一個LED發生故障,VBOOST開始上升,電壓達到OVP門限時即可識別出發生故障的串,從AVO控制環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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