LT8391A降壓-升壓控制器為汽車前照燈中的LED燈串供電

汽車 LED 大燈組將遠(yuǎn)光燈和近光燈、日間行車燈，有時(shí)還有信號(hào)燈和間隙燈組合成一個(gè)大燈組。集群的組件可能具有截然不同的驅(qū)動(dòng)器要求，包括電壓和電流要求、拓?fù)洹⒐β仕交颡?dú)特的調(diào)光功能。滿足這一系列要求通常意味著采用單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器解決方案。使用多個(gè)驅(qū)動(dòng)器不僅會(huì)使BOM和生產(chǎn)復(fù)雜化，而且難以滿足EMI標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)額外的驅(qū)動(dòng)器都會(huì)將其高頻信號(hào)添加到EMI混音中，從而使EMI鑒定、故障排除和緩解變得復(fù)雜。

盡管每個(gè)汽車品牌和型號(hào)的前照燈組可能配備各種創(chuàng)造性的 LED 電流和電壓，但它們通常最高為 30 W。考慮到這一點(diǎn)，應(yīng)該有許多驅(qū)動(dòng)程序可以滿足群集中每個(gè)字符串的功率和功能要求。沒(méi)有。這種驅(qū)動(dòng)器需要采用相對(duì)較寬的電池電壓范圍，并使用降壓-升壓拓?fù)滢D(zhuǎn)換為各種串電壓。它需要小巧且用途廣泛，以便輕松適應(yīng)集群的空間限制，并且必須產(chǎn)生很少的EMI，以最大限度地減少研發(fā)工作，并消除對(duì)昂貴的金屬屏蔽EMI外殼的需求。它也應(yīng)該是有效的。線性? LT8391A 2 MHz 降壓-升壓控制器在滿足所有這些要求方面獨(dú)樹一幟，因此可以使用單個(gè)控制器驅(qū)動(dòng)整個(gè)前照燈組等。

LT8391A 具有低 EMI 的 2 MHz 同步控制器

LT8391A是同類產(chǎn)品中的首款，是一款用于LED電流調(diào)節(jié)的2 MHz降壓-升壓控制器。2 MHz 的極高開關(guān)速度支持在高功率 LED 應(yīng)用中使用單個(gè)小電感器和小整體解決方案尺寸。與單片式轉(zhuǎn)換器不同，單片式轉(zhuǎn)換器的電源開關(guān)包含在IC封裝中，LT8391A等控制器可以驅(qū)動(dòng)峰值電流高得多的外部電源開關(guān)，例如10 A。這樣的峰值電流會(huì)燒毀典型集成轉(zhuǎn)換器的小型IC封裝。相比之下，具有外部 3 mm × 3 mm 同步 MOSFET 的控制器可以提供更高的功率。這些 MOSFET 可與熱回路電容器一起布置在狹小的區(qū)域內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)非常低的 EMI。獨(dú)特的峰值開關(guān)電流檢測(cè)放大器架構(gòu)將檢測(cè)電阻放置在功率電感器旁邊，功率電感器位于關(guān)鍵輸入和輸出熱環(huán)路之外，從而降低了EMI?？蛇x的擴(kuò)頻頻率調(diào)制 （SSFM） 進(jìn)一步降低了控制器的 EMI。

圖1所示的2 MHz LT8391A 16 V、1.5 A （24 W）降壓-升壓LED驅(qū)動(dòng)器采用EMI濾波器和柵極電阻時(shí)效率高達(dá)93%，如圖2所示。去除可選 EMI 組件后，效率提高 1% 至 2%。該轉(zhuǎn)換器采用小型 3 mm × 3 mm MOSFET 和單個(gè)高功率電感器，即使在 24 W 時(shí)，溫升也很低。在 12 V 輸入時(shí)，任何組件的升溫都不會(huì)超過(guò)室溫 25oC。在 6 V 輸入時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn) 4 層 PCB 且無(wú)散熱器或氣流時(shí)，最熱組件的升溫低于 50oC。面對(duì)低至 4.3 V 的輸入瞬變，它繼續(xù)以滿 24 W 負(fù)載運(yùn)行;或在輸入長(zhǎng)時(shí)間下降時(shí)通過(guò)模擬或PWM調(diào)光降低負(fù)載電流。8 A 至 10 A 檢測(cè)電阻可在低 V 電壓下實(shí)現(xiàn)高功率在可能。

圖1.LT8391A 2 MHz 16 V、1.5 A 汽車降壓-升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器通過(guò) CISPR 25 5 類 EMI。

圖2.LED驅(qū)動(dòng)器解決方案的效率如圖1所示。使用16 V、1.5 A演示電路DC2575A LED驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行測(cè)量，帶或不帶可選EMI元件。

LT8391A 包括最新的 PWM 調(diào)光功能和開路 LED 故障保護(hù)。這種同步降壓-升壓調(diào)節(jié)通過(guò)一串LED的電流，其電壓可能在輸入電壓范圍內(nèi)，也可能不在輸入電壓范圍內(nèi)，例如9 V至16 V汽車電池或卡車電池（18 V至32 V）。它可以在低至 4.0 V 的冷啟動(dòng)輸入下運(yùn)行，并可承受高達(dá) 60 V 的輸入瞬變。LT8391A 在 120 Hz 時(shí)提供高達(dá) 2000：1 的 PWM 調(diào)光比，并可使用其內(nèi)部 PWM 調(diào)光發(fā)生器實(shí)現(xiàn)高達(dá) 128：1 的精確調(diào)光比，而無(wú)需外部提供的 PWM 時(shí)鐘。

用于汽車應(yīng)用的 CISPR 25 電磁干擾

圖1中的2 MHz LT8391A LED驅(qū)動(dòng)器專為汽車前照燈而設(shè)計(jì)。它使用 AEC-Q100 組件，符合 CISPR 25 5 類輻射 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。擴(kuò)頻頻率調(diào)制 （SSFM） 可降低 EMI，并與 PWM 調(diào)光同時(shí)無(wú)閃爍運(yùn)行。其小尺寸的特點(diǎn)是其小電感器，特別是小的輸入和輸出EMI濾波器。2 MHz轉(zhuǎn)換器不需要大型LC濾波器，僅使用小鐵氧體磁珠來(lái)降低高頻EMI。

高功率轉(zhuǎn)換器不容易滿足汽車EMI要求。放置在大型PCB上的高功率開關(guān)和電感器靠近大型電容器會(huì)產(chǎn)生不希望的熱回路，尤其是在包含大型檢測(cè)電阻時(shí)。獨(dú)特的 LT8391A 降壓-升壓架構(gòu)從降壓和升壓開關(guān)對(duì)熱環(huán)路中移除了檢測(cè)電阻器，從而實(shí)現(xiàn)了低 EMI。

圖3和圖4顯示了圖1所示24 W LED驅(qū)動(dòng)器的實(shí)測(cè)EMI。盡管該控制器的工作頻率為 2 MHz，功率為 24 W，但該降壓-升壓仍通過(guò) CISPR 25 5 類輻射和傳導(dǎo) EMI。5級(jí)是最嚴(yán)格的要求，也是大多數(shù)汽車EMI測(cè)試的目標(biāo)。無(wú)法通過(guò) 5 類 EMI 的轉(zhuǎn)換器要么采用汽車電路設(shè)計(jì)，要么必須封裝在大型金屬 EMI 屏蔽中。即使屏蔽的笨重不會(huì)造成組裝問(wèn)題，添加它們也是昂貴的。

圖3.LT8391A 演示電路 DC2575A 通過(guò) CISPR 25 5 類汽車輻射 EMI。

圖4.LT8391A 演示電路 DC2575A 通過(guò) CISPR 25 5 類汽車傳導(dǎo) EMI。

適用于多波束應(yīng)用的降壓-升壓

LED大燈組既具有創(chuàng)新性，又具有藝術(shù)創(chuàng)意。遠(yuǎn)光燈和近光燈可以用漂亮而獨(dú)特的日間行車燈 （DRL） 包裹起來(lái)。由于只有在遠(yuǎn)光燈和近光燈關(guān)閉時(shí)才需要日間行車燈，因此可以使用單個(gè) LED 驅(qū)動(dòng)器為遠(yuǎn)光燈和近光燈或日間行車燈供電。這僅在LED驅(qū)動(dòng)器具有靈活的輸入輸出比并且能夠升壓和降壓輸入輸出電壓時(shí)才有效。降壓-升壓設(shè)計(jì)滿足了這一要求。

圖5所示的多光束LT8391A降壓-升壓LED驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)3 V至34 V的LED燈串電壓。這使其能夠驅(qū)動(dòng)近光燈串，并通過(guò)在近光燈串上添加LED來(lái)產(chǎn)生遠(yuǎn)光燈。相同的驅(qū)動(dòng)器切換并驅(qū)動(dòng)更高電壓但電流更低的 DRL。從僅近光燈LED切換到近光燈/遠(yuǎn)光燈組合串不會(huì)產(chǎn)生輸出電壓或LED電流尖峰，如圖6a所示。LT8391A 能夠在升壓、4 開關(guān)降壓-升壓和降壓工作區(qū)域之間平滑轉(zhuǎn)換。對(duì)于轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，從少量 LED 更改為大量沒(méi)有 LED 尖峰的 LED 可能具有挑戰(zhàn)性，但這種多光束電路可以輕松做到這一點(diǎn)。從遠(yuǎn)光燈和近光燈切換回近光燈也非常干凈，沒(méi)有任何有害的LED尖峰，如圖6b所示。

圖5.LT8391A 多光束 LED 前照燈集群解決方案，適用于低燈、高燈和 DRL 燈。

在 DRL 字符串之間切換時(shí)也是如此。圖6c顯示了如何關(guān)閉近光燈，以及DRL如何平滑地連接到輸出電容。甚至 LED 電流也從 1 A（遠(yuǎn)光燈和近光燈）更改為 700 mA（8 LED DRL），沒(méi)有任何問(wèn)題。也可以添加其他微調(diào)或信號(hào) LED，并且 DRL 可以作為信號(hào)燈閃爍。圖6d顯示了如何使用內(nèi)部設(shè)置的PWM發(fā)生器對(duì)DRL進(jìn)行PWM調(diào)光，然后在黑暗降臨時(shí)平滑切換到近光燈。

面對(duì)短路和 LED 開路，汽車環(huán)境需要強(qiáng)大的解決方案。短路和開路情況由圖6所示的多波束解決方案安全處理，并通過(guò)轉(zhuǎn)換器的故障標(biāo)志報(bào)告。

圖6.波形顯示了圖5所示LT8391A多波束應(yīng)用的高電平和低電平、低電平和DRL LED串之間的平滑切換。

FE 和 QFN 封裝適合狹小區(qū)域

LT8391A 采用 4 mm × 5 mm 28 引腳 QFN 封裝以滿足小尺寸要求，并采用 28 引腳 TSSOP FE 封裝，用于汽車設(shè)計(jì)。兩種封裝均具有耐熱增強(qiáng)型GND焊盤，用于內(nèi)部INTV的功耗抄送來(lái)自更高電壓的 LDO。

內(nèi)部 LDO INTV抄送這些轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)壓器可以處理以大約15 nC柵極電荷以2 MHz頻率驅(qū)動(dòng)四個(gè)同步MOSFET。LT8391A FE 2 MHz 16 V、1.5 A演示電路（DC2575A，基于圖1的設(shè)計(jì)）的小尺寸如圖7所示。這種高功率、多功能應(yīng)用只需要一個(gè) 5 mm × 5 mm 電感。

圖7.緊湊型解決方案：2 MHz演示電路DC2575A采用LT8391A，以1.5 A電流驅(qū)動(dòng)16 V LED。

圖8.使用內(nèi)部和外部PWM選項(xiàng)進(jìn)行PWM調(diào)光;分別為1%和0.05%。

結(jié)論

LT8391A 2 MHz、60 V降壓-升壓型LED驅(qū)動(dòng)器控制器為汽車前照燈中的LED燈串供電。其特性包括低 EMI 4 開關(guān)架構(gòu)和擴(kuò)頻頻率調(diào)制，可滿足 CISPR 25 5 類 EMI 要求。獨(dú)特的高開關(guān)頻率使其能夠在AM頻段以上工作，幾乎不需要EMI濾波。其小尺寸和多功能性使其可用于各種電壓和電流的前照燈組 LED 串。

審核編輯：郭婷