汽車(chē)照明系統設計師面臨的最大挑戰之一是，怎樣優(yōu)化最新一代 LED 的所有優(yōu)勢。因為 LED 一般需要準確和高效率的 DC 電流源及調光方法，所以 LED 驅動(dòng)器 IC 必須設計為在多種條件下滿(mǎn)足這些要求。電源解決方案在功能和可靠性方面必須是高效率和可信賴(lài)，同時(shí)又非常緊湊和經(jīng)濟實(shí)惠。按理，就驅動(dòng) LED 而言，要求最苛刻的應用之一將會(huì )是汽車(chē)信息娛樂(lè )系統和儀表板 TFT-LCD 背光照明應用，因為它們處于嚴酷的汽車(chē)電環(huán)境中，必須補償范圍很寬的環(huán)境照明條件變化，而且必須能放入非常受限的空間中，必須做到所有這一切的同時(shí)，還要保持富有吸引力的成本結構。

汽車(chē)LED背光照明

諸如尺寸小、壽命極長(cháng)、功耗低和調光能力增強等優(yōu)勢已經(jīng)導致 LED TFT-LCD 背光照明在今天的汽車(chē)、卡車(chē)、火車(chē)、飛機和輪船中得到了廣泛采用。LED 背光照明主要是從信息娛樂(lè )系統開(kāi)始的，這類(lèi)系統一般有一個(gè) LCD 顯示屏，安裝在儀表板中央某個(gè)部位，以便駕駛員和乘客都能非常容易地看到它們的位置、執行音頻調諧和其他各種任務(wù)。很多新出現的汽車(chē)設計都利用單個(gè)儀表板，以對方便駕駛員實(shí)施控制的所有顯示儀表進(jìn)行背光照明，如圖 1 所示。對儀表板的 LED 背光照明常常是與信息娛樂(lè )系統共用的，從而非常容易讀取控制板上的數字。類(lèi)似地，包括轎車(chē)和火車(chē)在內的很多車(chē)輛以及還有安裝在飛機座椅背后的 LCD 顯示器，可供乘客看電影、玩視頻游戲等等。歷史上，這類(lèi)顯示器一直使用 CCFL 背光照明，不過(guò)用非常扁平的白光 LED 陣列替換相對較大的 CCFL 燈，以提供更準確和可調節的背光照明以及能超過(guò)車(chē)輛或飛機壽命的工作壽命，這已經(jīng)變得越來(lái)越常見(jiàn)了。


在這類(lèi)環(huán)境中采用 LED 有幾種積極的意義。首先，LED 永遠不需要更換，因為它們的可靠壽命超過(guò) 10 萬(wàn)小時(shí) (11.5 年的使用年限)，已經(jīng)超過(guò)了車(chē)輛壽命。這允許汽車(chē)制造商將 LED 永久性地嵌入到車(chē)內背光照明系統中，而不需要為更換留有余地。因為 LED 照明系統不需要 CCFL 燈那么大的深度或面積，所以款式也可以顯著(zhù)改變。另外，在從輸入電功率提供光輸出 (以流明為單位) 方面，LED 一般比白熾燈的效率高。這有兩種積極作用。首先，LED 從汽車(chē)總線(xiàn)泄漏較少的電功率，而且同樣重要的是，LED 減少了需要在顯示器中散發(fā)的熱量，從而無(wú)需笨重、昂貴的散熱器。

LED 背光照明的另一個(gè)重要好處是，高性能 LED 驅動(dòng)器 IC 提供的寬調光比能力。由于汽車(chē)內部經(jīng)受著(zhù)范圍非常寬的環(huán)境照明條件變化，包括從太陽(yáng)光直射到完全黑暗之間的每一種變化，而人眼對光輸出中的微小擾動(dòng)又非常敏感，顯示屏需要相應地調暗或調亮，因此首要的是，LED 背光照明系統能提供從 1，000:1 到高達 30，000:1 的非常寬調光比。采用合適的 LED 驅動(dòng)器 IC，這類(lèi)寬調光比相對容易實(shí)現，而用 CCFL 背光照明則是不可能的。圖 2 顯示了一個(gè) LED 背光照明儀表板和共享 LED 背光照明的信息娛樂(lè )系統顯示屏。


汽車(chē)LED照明設計參數

為了確保最佳性能和長(cháng)工作壽命，LED 需要有效的驅動(dòng)電路。這類(lèi)驅動(dòng)器 IC 必須能靠條件相當苛刻的汽車(chē)電源總線(xiàn)工作，而且經(jīng)濟實(shí)惠、空間利用效率高。為了保持長(cháng)工作壽命，首要的是，不要超過(guò) LED 的電流和溫度限制。

汽車(chē)行業(yè)的主要挑戰之一是，克服汽車(chē)電源總線(xiàn)上嚴酷的電環(huán)境。這些主要挑戰是稱(chēng)為負載突降和冷車(chē)發(fā)動(dòng)的瞬態(tài)情況。負載突降指的是，電池電纜斷接同時(shí)交流發(fā)電機仍然在給電池充電的情況。當電池電纜連接不牢固而汽車(chē)正在運行時(shí)，或當電池電纜斷開(kāi)而汽車(chē)正在行駛時(shí)，可能發(fā)生這種情況。電池電纜這種突然斷接能產(chǎn)生高達 40V 的瞬態(tài)電壓尖峰，因為交流發(fā)電機正在嘗試給已經(jīng)不存在的電池充滿(mǎn)電。交流發(fā)電機上的瞬態(tài)電壓抑制器通常將總線(xiàn)電壓箝位到大約 36V，并吸收大部分電流浪涌;不過(guò)交流發(fā)電機下游的 DC/DC 轉換器要承受這 36V 至 40V 的瞬態(tài)電壓尖峰。這些轉換器要求不被損壞，并在這種瞬態(tài)事件發(fā)生時(shí)調節輸出電壓。有各種不同的保護電路可供選擇，通常是瞬態(tài)電壓抑制器，瞬態(tài)電壓抑制器可以在外部采用，不過(guò)增加了成本和重量，并占用空間。

“冷車(chē)發(fā)動(dòng)”指的是，當汽車(chē)發(fā)動(dòng)機承受寒冷或冰凍溫度一段時(shí)間時(shí)發(fā)生的情況。發(fā)動(dòng)機油變得極度黏滯，需要發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)器提供更大的扭矩，這反過(guò)來(lái)又從電池吸取更大的電流。這種大電流負載在點(diǎn)火時(shí)可能將電池 / 主總線(xiàn)電壓拉低至 6V，之后負載通常返回標稱(chēng)的 12V。

幸運的是，對這些問(wèn)題已經(jīng)有了解決方案，那就是凌力爾特公司的 LT3760，該器件能在這兩種情況出現時(shí)不被損壞，并調節一個(gè)固定輸出電壓。LT3760 6V 至 40V 的輸入電壓范圍使其非常適用于汽車(chē)環(huán)境。甚至當 VIN 大于 VOUT (這種情況可能在 40V 瞬態(tài)時(shí)發(fā)生) 時(shí)，LT3760 仍將調節所需的 LED 電流。
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由于大多數汽車(chē) LCD 背光照明應用都需要 20W 至 35W 的 LED 功率，所以 LT3760 設計為滿(mǎn)足這些需求。該器件可以將汽車(chē)總線(xiàn)電壓 (6V 至 18V / 標稱(chēng) 12V) 升高至 44V，以驅動(dòng) 8 個(gè)并聯(lián) LED 串(每串含有 10 個(gè) 80mA 的串聯(lián) LED)。圖 3 顯示了 LT3760 驅動(dòng) 8 個(gè)并聯(lián) LED 串的原理圖，每串由 10 個(gè) 80mA 的 LED 組成，總功率為 28W。


LT3760 采用自適應反饋環(huán)路設計，該設計調節輸出電壓以使其略高于 LED 串的最高電壓。這最大限度地減小了通過(guò)鎮流電路損失的功率，并幫助優(yōu)化了效率。圖 2 中的電路提供高于 90% 的效率。這很重要，因為消除了任何散熱需求，從而實(shí)現了占板面積非常緊湊的扁平解決方案。就驅動(dòng) LED 陣列而言，同樣重要的是，提供準確的電流匹配，以確保在整個(gè)儀表板上保持背光照明亮度一致。LT3760 在 -40度 至 125度的溫度范圍內保證 LED 電流變化不到 ±2%，而且正如在圖 4 中能看到的那樣，它的典型值較接近 ±0.5%。

LT3760 采用固定頻率、恒定電流升壓型控制器拓撲。該器件采用單個(gè) 60V 外部 N 溝道 MOSFET，能驅動(dòng) 8 串由多達 10 個(gè) 100mA 串聯(lián)連接 LED 組成的 LED 串。其開(kāi)關(guān)頻率是可編程的，并可在 100kHz 至 1MHz 范圍內同步，從而使其能提供最佳效率，同時(shí)最大限度地減小外部組件尺寸。其設計還使該器件能運行 4 串 200mA 的 LED 串或甚至兩串 400mA 的 LED 串。每個(gè) LED 串能使用同樣數量的 LED，或能以每串不同數量的 LED 非對稱(chēng)地運行。

LT3760 以高達 3，000:1 的調光比和通過(guò)控制引腳的模擬調光 (提供高達 25:1 的調光比) 提供直接 PWM。在需要高達 30，000:1 調光比的應用中，這兩種調光功能可以結合起來(lái)，以達到所需調光比。似乎隨著(zhù)汽車(chē)顯示器技術(shù)的完善，大多數制造商都更喜歡使用較高的 LED 電流 (50mA 至 100mA)，以使顯示器在明亮的環(huán)境照明條件下更可讀，同時(shí)更喜歡使用較大的調光比，以補償不斷變化的環(huán)境照明條件。

此外，LT3760 有集成的保護功能，包括開(kāi)路和短路保護以及一個(gè) /FAULT 診斷引腳。例如，如果一個(gè)或多個(gè) LED 串開(kāi)路，那么 LT3760 就會(huì )調節其余的 LED 串，并將 /FAULT 引腳設定為高。如果所有 LED 串都處于開(kāi)路狀態(tài)，那么該器件仍會(huì )調節輸出電壓，而且在兩種情況下，都會(huì )將 /FAULT 引腳設定為高。類(lèi)似地，如果在 VOUT 和任何 LED 引腳之間發(fā)生短路，那么 LT3760 就立即斷開(kāi)該通道，并繼續調節其余通道。停用該通道可保護 LT3760 不受大功率熱耗散的影響，并確?？煽抗ぷ?。為了實(shí)現額外的 LED 保護，LT3760 的 CTRL 引腳允許通過(guò) LED 串的環(huán)境溫度設定 LED 電流降額曲線(xiàn)。一個(gè)放置在靠近 LED 處的 NTC 電阻器隨著(zhù)溫度升高降低 CTRL 引腳電壓，從而降低了 LED 電流。其他優(yōu)化可讀性的特點(diǎn)包括停機時(shí)輸出斷接、可編程欠壓閉鎖、微功率停機和內部軟啟動(dòng)。

設計師們都在不斷追求更優(yōu)化的LED背光照明設計，相信隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，這一目標一定會(huì )實(shí)現。