簡介

目前，越來越多的汽車電子系統(tǒng)應用照明設計師正在采用LED照明滿足實用和美觀的用途。眾所周知，LED適用于各種汽車照明元件，例如大燈、白天行車燈、霧燈、轉向信號燈、內部照明、資訊娛樂的背光照明，以及組合尾燈(RCL)和高位制動燈(CHMSL)。

在建立LED供電的電子驅動解決方案時，需要考慮兩個主要的DC/DC電源類別，分別是線性穩(wěn)壓器和開關穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器具有減少零部件數(shù)和降低電磁干擾(EMI)的優(yōu)點，但在效率和熱耗方面有嚴重的弊端。因此，開關穩(wěn)壓器是很多設計師的驅動解決方案首選。直流電源和需要的LED數(shù)目與類型決定了LED驅動器的拓撲結構選擇。如果電源電壓超出總LED電壓，就需要降壓轉換器。如果LED組的電壓超出電源電壓，就需要升壓轉換器。最后，根據具體的條件，LED電壓可能高于或低于電源電壓，這樣，就應該采用降壓/升壓或單端初級電感轉換器(SEPIC)等電源拓撲技術。

在設計照明系統(tǒng)時，除了LED供電外，還需要考慮很多因素。LED電路設計的另一項主要考慮因素是熱管理。LED驅動器集成電路改進熱性能的一種方式是通過控制LED正向電流，LED正向電流是關于溫度的函數(shù)。這可以通過使用外部電流來感應溫度和控制對LED的電流供應來實現(xiàn)，但更高效的解決方案是利用具有必要內置功能的集成電路。

美國國家半導體的產品包含可實現(xiàn)多種拓撲結構的眾多開關穩(wěn)壓器集成電路。此外，美國國家半導體專為LED應用開發(fā)了一系列集成電路，其中很多具有適合汽車電子系統(tǒng)應用的功能。本文將探討幾個汽車電子系統(tǒng)大燈驅動的應用示例。

使用升壓穩(wěn)壓器的大燈示例

LED正越來越多地用于汽車大燈及其他前視照明系統(tǒng)。典型的大燈應用可能使用以多種方式排列的10個白色LED。對于各LED最大VF為4V的情況，如果設計師希望使用在一個燈組中串聯(lián)全部LED的拓撲結構，將需要設置DC/DC級來驅動LED。在這種情況下，可以對標稱12V~14VDC電源總線使用單個升壓開關功率級。

美國國家半導體研發(fā)的多種集成電路正是符合這種應用要求，例如LM342x系列：LM3421、LM3423、LM3424和LM3429部件。此系列集成電路包含多種多用途部件，可用作升壓、降壓、降壓/升壓或SEPIC拓撲結構中低側外部MOSFET的控制器。LM3421、LM3423和LM3429部件都使用峰值電流模式控制器和預測性關閉時間設計來調節(jié)LED電流。峰值電流模式控制器與預測性關閉時間設計的組合簡化了回路補償設計，同時提供內在的輸入電壓前饋補償。LM3429是系列中的基本部件，是優(yōu)化了成本和尺寸特點的控制器解決方案。LM3421增設了用于控制外部調光FET和系統(tǒng)“零電流”關閉特點的集成驅動器。LM3423進一步增加了LED狀態(tài)輸出標記、故障標記、可編程故障計時器和邏輯針腳，用于控制調光驅動器的極性。最后，LM3424與LM3421類似，但使用標準峰值電流模式控制器。LM3424還具有對開關頻率編程的功能，或通過可編程斜率補償、軟啟動和LED電流熱返送功能使開關頻率與外部來源同步。

LM342x系列使用控制器集成電路實現(xiàn)所需功能和總體系統(tǒng)設計的最大靈活性。圖1以LM3421為例，顯示升壓配置中使用LM342x系列驅動LED燈組的一個示例。LM342x拓撲結構的一個主要特點是在LED高側進行電流感應，允許燈組中的最后LED的陰極局部在底盤接地，并使感應電壓可以差分地饋送回集成電路。這是一個重要的優(yōu)點，因為使LED燈組和驅動器集成電路可以彼此分離。

圖1使用LM3421的升壓穩(wěn)壓器驅動10個LED

使用熱返送升壓穩(wěn)壓器的大燈示例

LED制造商通常在數(shù)據表中包含顯示LED最大允許正向電流和溫度的圖線，以確保部件的可靠性，這也稱為安全工作區(qū)(SOA)。LED的最大電流額定值在較低溫度測得，但在超出特定溫度后，最大允許電流值降低。由于LED系統(tǒng)的首要設計要素是適當?shù)纳岷屯L，因此很多應用需要考慮不可預測的狀況，即使最佳的熱設計也可能無法預防這些狀況。例如大燈組件被污泥或其他碎屑堵塞的情況。由于對車輛的安全操作至關重要，因此在此類情況下，需要保持LED在較低操作點正常照明，同時使電流保持在安全工作區(qū)，以預防照明系統(tǒng)的災難性故障。