只需一個LED驅動器即可實現汽車LED前照燈組

作者：Keith Szolusha and Kyle Lawrence

近光燈、遠光燈、日間行車燈和信號燈通常在一個單元或集群中一起設計，使設計師能夠產生獨特的汽車前端外觀。LED照明已經進入這些集群，區(qū)分了當今豪華車的高端面孔;但 LED 提供的不僅僅是美觀。與競爭照明技術相比，它們具有許多技術優(yōu)勢，特別是提高了效率、魯棒性和使用壽命。盡管有這些優(yōu)勢，汽車照明設計師仍面臨著用LED取代傳統(tǒng)燈具的成本挑戰(zhàn)。

LED照明成本的很大一部分是由LED本身、熱管理組件（如翅片金屬散熱器）和堅固的LED驅動器電路的成本驅動的。傳統(tǒng)上， 每種 LED 光束或光源類型都需要自己的 LED 驅動器 PCB.如果使用單個驅動器驅動照明集群內的多個LED串（串聯(lián)），則可以顯著降低成本和復雜性。

全面的多 LED 燈串驅動器必須支持高功率 LED 燈串所需的高電壓和高電流。它還必須巧妙地處理某些 LED 串的開/關轉換，而其他 LED 串則保持打開且不受影響。在汽車環(huán)境中，它應適應寬范圍的輸入和輸出電壓，即輸入端的電池和輸出端的LED串。汽車環(huán)境還要求驅動器具有低EMI以及開路和短路故障保護。

LT?3795 和 LT3952 汽車 LED 驅動器在用于升壓和（正在申請專利）升壓-降壓拓撲時可滿足這些要求。這些 LED 驅動器可在高壓升壓（升壓）和升壓-降壓（升壓和降壓）拓撲中工作。它們支持大堆疊的 LED 串，可接受較寬的電池電壓范圍，并且可以優(yōu)雅地轉換輸出中 ON LED 的數量。它們均具有擴頻頻率調制功能，可降低 EMI，并具有短路和開路 LED 保護功能。

用于近光燈、遠光燈和日間行車燈的增強型 LED 驅動器

近光燈、遠光燈和日間行車燈前照燈組的總電壓在 1A LED 驅動時約為 70V。100V+ LT3795 單通道 LED 驅動器可直接從標準 9V–16V 汽車輸入驅動 70W LED — 集群中的所有三個燈均可串聯(lián)驅動。

圖 1 中的組合驅動器電路示出了 LT3795 單通道 LED 驅動器如何用于在升壓拓撲中通過日間行車燈、近光燈和遠光燈為 1A 供電。這允許打開和關閉近光燈和遠光燈 - 日間行車燈始終亮起。

圖1.LT3795 70W （70V 1A） 汽車升壓型 LED 驅動器以 95% 的效率串聯(lián)驅動日間行車燈、近光燈和遠光燈串。

當近光燈和遠光燈打開和關閉時，它們的 LED 串通過大電流 MOSFET 開關 M3 和 M4 在日間行車燈串中添加和減去。這些開關充當短路設備。當 MOSFET 導通時，它會短路相應的光束，將其關閉;當 MOSFET 關閉時，光束以 1A 電流運行。這種易于實施的設計堅固耐用，可節(jié)省大量空間，無需額外的控制器。

打開和關閉整個 23V 光束串 LED（如近光燈）會在輸出上產生 23V 瞬變。重要的是，開啟和關閉轉換不是瞬時的。在此設計中，Q1 和 Q2 控制 MOSFET 的導通和關斷轉換，以防止 LED 串電流出現大尖峰，否則會導致輸出電容占用或釋放能量。瞬時切換 M3 和 M4 會將 LED 電流暫時降至零，導致近光燈出現可見閃爍，或者可能感應出高達 3A 的高電流尖峰，即使是最堅固的 LED 串也會受到壓力。

圖2顯示了M3和M4的受控開關，在~500μs內轉換LED電流和輸出電壓。用于M3和M4的短路驅動器的工作速率使輸出電容和轉換器能夠在很短的時間內處理緩慢瞬變，輸出電流偏差小于20%。在常亮行車燈中添加或減去一串時，近光燈或其他行車燈中沒有可察覺的閃爍或閃爍。

圖2.所有集群 LED 串均由一個 IC 通道串聯(lián)驅動，但打開（或關閉）其他燈串不會對運行串產生顯著影響——即使打開和關閉近光燈和遠光燈串，也能保持恒定的亮度。通過緩慢打開或關閉帶有短路 MOSFET 的 LED 光束來控制轉換，從而防止其他未更改的串上出現電流尖峰。

圖 1 中的 LT3795 升壓型 LED 驅動器電路在僅日間行車燈亮起和所有光束均導通時分別具有 91% 和 95% 的效率。它具有短路和開路 LED 保護。憑借良好的布局和足夠的銅面積供分立功率元件使用，這款 70W 升壓驅動器的最高溫升分量可以保持在 40°C 以下，而無需額外的散熱器或氣流。EMI濾波器、GATE驅動電阻和擴頻頻率調制可用于降低EMI。

用于日間行車燈和信號燈組合的升壓-降壓 LED 驅動器

一些車輛將LED照明用于日間行車燈和信號燈，但不用于遠光燈或近光燈。日間行車燈設計有各種不同的配置，從電流相對較低的長串LED到高電流的短串。可同時支持升壓和降壓轉換的IC可以為日間行車燈和有時亮起的微調燈或琥珀色信號燈供電。使用能夠無縫處理升壓和降壓拓撲中堆疊串電壓轉換的IC，設計人員可以專注于光美學和功能，而無需擔心驅動器。調光可以毫不費力地投入到混合物中。

圖3.各種光組合的效率在 94% 到 96% 之間。

圖 4 中的（正在申請專利）升壓-降壓型 LT3952 LED 驅動器通過一個緊湊的日間行車燈和一個串聯(lián)琥珀色信號或微調燈調節(jié) 1A。2-LED 琥珀色燈可通過 M2 短路 MOSFET 閃爍或 PWM 調光，而不會影響持續(xù)運行的日間行車燈的亮度。

圖4.這款 18W （18V， 1A） 汽車升壓-降壓 LED 驅動器以不同的亮度水平運行日間行車燈和琥珀色信號燈。2MHz 開關頻率使 EMI 保持在 AM 頻段之上和之外。

結果是一個單一的緊湊型1A升壓-降壓LED驅動器，其輸出驅動一個明顯穩(wěn)定的2-4個LED日間行車燈，以及一個閃爍的信號燈和/或可變調暗的微調燈。

MOSFET M2 的受控開關可將 LED 電流瞬變降至最低，MOSFET M2 打開以短路琥珀色燈，并關閉以啟用琥珀色光。圖 5 顯示了琥珀色燈的 PWM 調光工作頻率為 120Hz，可實現無閃爍的 10：1 調光，而不會影響日間行車燈的亮度。同樣，它可以以 1Hz 的頻率打開和關閉——比如 10% 調暗的“關閉”（或其他）到 100% 的“打開”以充當轉向信號燈。

圖5.PWM 在 120Hz 下以 10：1（最高 20：1）調暗琥珀色信號燈不會影響日間行車燈的 LED 串電流。

新的升壓-降壓 LED 驅動器拓撲允許輸入電壓和輸出電壓范圍相互交叉，從而通過減少預穩(wěn)壓需求來簡化設計。

轉換器具有短路和 LED 開路保護功能。LED 中的可選低 VF 二極管?路徑提供指示燈?除了針對 TG MOSFET （M1） 和 LT3952 過流檢測的 LED 對接地保護之外，還提供 ----升壓-降壓拓撲具有低輸入和低輸出紋波，可實現極低的 EMI，而擴頻頻率調制可進一步降低 EMI。+

為了提高效率，轉換器可以在 350kHz 的開關頻率下工作（圖 6）。圖7比較了這兩個選項的效率。請注意，2MHz解決方案具有減小電感尺寸和AM頻段以上和外部EMI的優(yōu)點。在350kHz或2MHz頻率下，在升壓-降壓拓撲中，可以使用非耦合電感代替單耦合電感。

圖6.與圖4類似的汽車升壓-降壓LED驅動器，但該驅動器使用350kHz的開關頻率以提高效率。

圖7.350kHz升壓-降壓解決方案（圖6）和2MHz解決方案（圖4）的效率比較。

簡短和公開的投票

在汽車環(huán)境中，重要的是，一個燈功能的故障不會妨礙其他LED的運行。LT3795 和 LT3952 包括故障檢測和報告功能，這些功能使系統(tǒng)控制器能夠接通可操作的 LED，即使串聯(lián)中的其他串出現故障也是如此。

使用故障標志和額外的可選診斷開關 （M故障），系統(tǒng)計算機可以通過打開和關閉 LED 光束來確定哪個光束已打開。系統(tǒng)控制器可以在故障光束短路時運行剩余的非故障 LED 光束。錯誤的字符串可以重新輪詢，并在它再次正常運行后立即聯(lián)機。LT3795 和 LT3952 電路均可處理短路和開路，因此短路和斷開串不會對電路造成潛在危害。

可以設置額外的電壓讀數和短路檢測，以關閉短路的串，或報告需要維修的短路段。即使其中一個 LED 燈串損壞，LED 驅動器電路也能保持功能性和可靠性。

結論

組合汽車LED燈可以由單通道LED驅動器驅動，以節(jié)省成本和空間。高功率和高壓串可以堆疊在升壓拓撲中，也可以在新的升壓-降壓拓撲中打開和關閉各種亮度或更低電壓的串。對多個字符串使用單個驅動程序可節(jié)省成本和復雜性，同時保留美觀優(yōu)勢。

LT?3795 和 LT3952 是功能強大且靈活的 LED 驅動器 IC，可用于組合前照燈簇 LED 串。它們具有高電壓、高電流、擴頻頻率調制以及短路和開路 LED 保護功能。

審核編輯：郭婷