汽車LED驅(qū)動器電源轉(zhuǎn)換拓撲指南

在許多系統(tǒng)中（包括部署在汽車供電系統(tǒng)中的無數(shù)穩(wěn)壓器），功率轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓器的設(shè)計通常是一項困難而復(fù)雜的任務(wù)。本文旨在通過解釋用于LED驅(qū)動器的不同開關(guān)拓撲的優(yōu)點、權(quán)衡和應(yīng)用來簡化選擇過程。

LED不同于傳統(tǒng)的電光產(chǎn)生燈絲或氣體成分。利用特定的半導(dǎo)體結(jié)，LED制造商可以產(chǎn)生跨越整個可見光范圍的特定顏色的光，以及紅外和紫外線。在汽車應(yīng)用中，LED可以提高白天和夜間駕駛場景的安全性。提高效率可以延長電動汽車的電池壽命，單個系統(tǒng)中的多個LED可以消除單個組件故障。

由于其多功能性，LED提供了以多種不同方式驅(qū)動的能力。由于LED的輸出是控制良好的光，因此LED負載不同于電源系統(tǒng)的傳統(tǒng)負載。LED僅依靠精確調(diào)節(jié)的電流通過半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生光，其中端子與系統(tǒng)接地（或汽車系統(tǒng)中的底盤）的相對電壓無關(guān)。因此，LED系統(tǒng)可以利用開關(guān)技術(shù)提供的不同拓撲結(jié)構(gòu)。

如何為汽車LED系統(tǒng)選擇正確的開關(guān)拓撲

汽車系統(tǒng)中特定開關(guān)拓撲的選擇與完整的系統(tǒng)設(shè)計有關(guān);應(yīng)考慮最小輸入電壓、最大串電壓、機箱返回能力、短路輸出能力、最大輸入電流、輸出/LED 電流和 PWM 調(diào)光。

降壓轉(zhuǎn)換器

降壓（或降壓）LED驅(qū)動器調(diào)節(jié)LED串中的電流，其電壓高于總LED串電壓。降壓 LED 驅(qū)動器可以安全地短路到系統(tǒng)地，使其本質(zhì)安全。它們可以具有底盤返回功能（一根電線供電），并且可以輕松適應(yīng)矩陣或動畫應(yīng)用。圖1和圖2所示為控制器調(diào)制高邊開關(guān)以進行電流控制的基本系統(tǒng)圖。

圖1.降壓轉(zhuǎn)換器。

降壓型LED驅(qū)動器需要注意的幾個關(guān)鍵特性是固定頻率操作、通過出色的開關(guān)控制和低電阻開關(guān)實現(xiàn)高效率、整個模擬調(diào)光范圍內(nèi)的高精度，以及為實現(xiàn)出色的EMI而正確設(shè)計的擴頻頻率調(diào)制。

升壓轉(zhuǎn)換器

升壓（或升壓）LED 驅(qū)動器將 LED 串中的電流調(diào)節(jié)到低于總 LED 串電壓的電壓。這在許多汽車系統(tǒng)中非常有用，其中許多LED需要在單個燈串中導(dǎo)通。典型的12 V汽車系統(tǒng)的工作電壓范圍為6 V至18 V，要求LED驅(qū)動器運行電壓低至6 V，從而為LED保持亮起提供較大的升壓比。圖3和圖4所示的示例原理圖顯示了控制器調(diào)制低邊開關(guān)以進行電流控制的基本系統(tǒng)圖。

圖2.降壓轉(zhuǎn)換器示例：

LT3932

。

圖3.升壓轉(zhuǎn)換器。

圖4.升壓轉(zhuǎn)換器示例：

LT8356-1

。

使用升壓轉(zhuǎn)換器的升壓-降壓

某些升壓（或升壓）LED驅(qū)動器可能配置為將LED陰極返回到電源。此配置稱為降壓-升壓。總輸出電壓為 V在（五電池），將其添加到總 LED 燈串電壓中。這種拓撲的優(yōu)點是能夠驅(qū)動更高、更低或等于電源電壓的LED串。這種拓撲的局限性僅受轉(zhuǎn)換器的限制——低端是控制器IC的最小電源電壓，高端是控制器IC的最大輸出電壓。

圖5.升壓-降壓轉(zhuǎn)換器。

Figure 6. Boost-buck converter:

LT8386

.

Buck Mode Using a Boost Converter

Some step-up (or boost) LED drivers may be configured to step-down from the supply (rather than ground referenced, as in a standard buck)—creating a buck-mode configuration. This configuration has the same limitations as a buck, where the total LED string voltage must be less than the input supply.

圖7.降壓模式轉(zhuǎn)換器。

圖8.降壓模式示例：

LT3756-2

。

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

降壓-升壓 LED 驅(qū)動器調(diào)節(jié)來自高于或低于總 LED 燈串電壓的電源的 LED 電流。轉(zhuǎn)換器調(diào)制降壓模式下連接到輸入電壓的高邊開關(guān)，升壓模式下調(diào)制輸出側(cè)的低邊開關(guān)。這種拓撲是最復(fù)雜的，但也是最靈活的。V在和 V外范圍僅受控制器 IC 的限制。這是矩陣應(yīng)用的不錯選擇。

圖9.降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

圖 10.降壓-升壓示例：

LT8391

。

結(jié)論

汽車LED照明系統(tǒng)可以通過多種不同的方式與開關(guān)穩(wěn)壓器一起驅(qū)動。根據(jù)應(yīng)用的不同，開關(guān)拓撲和配置的選擇使照明設(shè)計人員能夠為整個汽車的不同照明要求創(chuàng)建完整的子系統(tǒng)。為系統(tǒng)選擇正確的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)拓撲和配置可優(yōu)化復(fù)雜性、效率、EMI 和安全性等要求。

審核編輯：郭婷