外部環(huán)境中汽車級LED和設(shè)備驅(qū)動程序的條件保護(hù)

即使是汽車級LED和LED設(shè)備驅(qū)動器在外部汽車照明應(yīng)用的惡劣電氣環(huán)境中使用時(shí)也可能需要額外的保護(hù)。高可靠性是至關(guān)重要的，特別是前向和后向燈在新的車輛安全功能中發(fā)揮重要作用，可能導(dǎo)致在某些危急情況下對某些方面進(jìn)行自主控制。

本文將考慮LED驅(qū)動器如何通過包含更高集成度的設(shè)備（包含診斷和保護(hù)功能）的附加電路，可以保護(hù)IC免受短路和其他故障條件的影響。將參考凌力爾特公司的汽車級LED驅(qū)動器和TI的電流檢測監(jiān)視器。

自適應(yīng)照明

實(shí)際上，目前市場上任何新型號的汽車都將包含LED ，用于室外或室內(nèi)照明，或兩者兼而有之。它不僅具有低功耗，長壽命和高效率的特點(diǎn)，而且具有吸引力;也不僅僅是它們的靈活外形將“概念車”式照明集群和車身設(shè)計(jì)帶入了家庭環(huán)境。將LED與傳感器和電子控制裝置輕松集成的能力是最令人信服的原因之一。它是高級駕駛員舒適性和安全性的關(guān)鍵，例如自適應(yīng)照明，自動傾斜，物體檢測和停車輔助。

對于自適應(yīng)照明，多個(gè)LED被集成到一個(gè)簇或矩陣中，這樣可以打開和關(guān)閉各個(gè)LED或調(diào)暗以產(chǎn)生適合條件的光輸出。汽車上的外部傳感器不僅可以檢測由于天氣條件或夜晚降低的環(huán)境光線水平，還可以檢測角落和迎面而來的大燈等物理特性，從而可以自動調(diào)節(jié)光束寬度和投影（圖1）。

圖1：奧迪的Matrix LED大燈展示了其自適應(yīng)能力，避免在繼續(xù)照亮道路時(shí)使迎面而來的駕駛員失明。每個(gè)前照燈單元中使用大約25個(gè)可單獨(dú)控制的LED。

汽車外部燈被認(rèn)為是安全裝置，因此受到高度監(jiān)管。盡管LED比它們?nèi)〈臒襞莞?a target="_blank">機(jī)械堅(jiān)固，但LED仍然必須符合嚴(yán)格的汽車標(biāo)準(zhǔn)，以確?？煽啃院桶踩?。最初，LED必須符合AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)（汽車級分立半導(dǎo)體的壓力測試資格），但現(xiàn)在新的，更合適的LED法規(guī)正在發(fā)展。

當(dāng)然，汽車照明應(yīng)用中必不可少的相關(guān)電子控制，電源管理和電路保護(hù)設(shè)備必須符合AEC-Q100（用于集成電路），AEC-Q101（分立元件）或AEC-Q200（無源元件）。符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的電子設(shè)備需要在擴(kuò)展的溫度和濕度范圍內(nèi)展示可靠的操作，并能夠承受振動和刺激性化學(xué)品，以及瞬態(tài)和EMI。在前照燈應(yīng)用中，例如前照燈或日間行車燈（DLR），LED和驅(qū)動器通常在高功率水平下工作，在矩陣設(shè)計(jì)中高達(dá)75 W，使EMI成為特別的挑戰(zhàn)。

無論是由于機(jī)械還是電氣問題，外部照明故障都可能是災(zāi)難性的。在夜間駕駛時(shí)，外部燈不僅是必不可少的安全功能，而且還可以與其他安全功能集成。此外，短路可能產(chǎn)生電弧，在碰撞的情況下，可能點(diǎn)燃泄漏的燃料。顯然，高可靠性LED和驅(qū)動器是必不可少的，并且符合相關(guān)的AEC質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)開始。但是，仔細(xì)選擇LED驅(qū)動器非常重要，并且需要對電氣短路，欠壓，過壓，過流和反極性進(jìn)行額外保護(hù)。

拓?fù)溥x擇

對于合理的高功率應(yīng)用，例如汽車前照燈，通常使用開關(guān)穩(wěn)壓器。 LED通常需要恒定電流才能產(chǎn)生一致的光輸出; LED驅(qū)動器必須能夠改變輸出電壓以保持恒定電流?？傒敵鲭妷喝Q于許多參數(shù)，例如LED工藝和芯片溫度，以及串聯(lián)的LED數(shù)量。設(shè)計(jì)人員需要準(zhǔn)確預(yù)測最大輸出電壓，以便選擇最佳的穩(wěn)壓器拓?fù)?，從而選擇驅(qū)動器IC和相關(guān)組件。

有用的應(yīng)用筆記可從德州儀器（TI），設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的開關(guān)LED驅(qū)動器 1 獲得。它警告說，如果最大輸出電壓超過最小輸入電壓，降壓調(diào)節(jié)器，即使具有高占空比，也可能在某些情況下失去動力。它詳細(xì)介紹了如何最好地設(shè)置LED紋波電流的容差，以及何時(shí)需要更嚴(yán)格的控制和濾波。最后，它概述了如何計(jì)算一串LED的動態(tài)電阻，顯示它如何隨著正向電流的變化而變化。

在一些汽車外部照明應(yīng)用中，LED陣列或矩陣可以遠(yuǎn)離驅(qū)動器/控制器。在這種情況下，升壓轉(zhuǎn)換器可能是更合適的拓?fù)溥x擇。在驅(qū)動LED串時(shí)，通常首選基于升壓的驅(qū)動器架構(gòu)。

然而，在這兩種情況下，輸出短路條件都是可能的。最近推出的用于汽車照明的LED驅(qū)動器包括內(nèi)置的強(qiáng)大的短路保護(hù)功能。但是，可以使用電流分流監(jiān)控器簡單地安裝保護(hù)電路，并根據(jù)應(yīng)用，額外的元件，如外部MOSFET開關(guān)和感應(yīng)電阻器。

德州儀器（TI）提供多種符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的器件，包括INA20x系列，這是一款高端電流分流監(jiān)控器，能夠在-16至80 V的共模電壓下檢測分流器的壓降。該器件采用2.7 V至18 V單電源供電，最大電流為1800μA，具有三個(gè)輸出電壓范圍，20 V/V（INA200-Q1），50 V/V（INA201-Q1）和100 V/V（INA202-Q1）。這些器件采用開漏比較器和內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，提供0.6 V閾值。 TI還提供參考設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)表，解釋其操作 2 。

同步降壓轉(zhuǎn)換器還可用于調(diào)節(jié)某些汽車照明應(yīng)用中LED的電流。為了實(shí)現(xiàn)高效安全的操作，電流檢測監(jiān)視器，高端檢測電阻，電阻分壓器和運(yùn)算放大器也可以集成到這些設(shè)計(jì)中。這種類型的配置還將精確控制LED中的電流，以便保持恒定的亮度，以及提高效率。

多模式驅(qū)動程序

選擇LED驅(qū)動程序時(shí)，了解現(xiàn)在有多種設(shè)備可用于升壓，降壓和降壓 - 升壓模式架構(gòu)，這一點(diǎn)非常有用。汽車級多模設(shè)備的供應(yīng)商包括但不限于Allegro Microsystems，Linear Technology，Maxim Integrated，ON Semiconductor，STMicroelectronics和Texas Instruments。

凌力爾特公司的LT3797是一款三輸出DC/DC控制器，專門設(shè)計(jì)用于獨(dú)立驅(qū)動三串LED。該器件可在升壓，降壓，降壓 - 升壓模式，SEPIC或反激拓?fù)渲泄ぷ?。固定頻率，電流模式設(shè)計(jì)可在2.5至40 V的寬輸入電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。集成的DC/DC轉(zhuǎn)換器為三個(gè)通道的N溝道MOSFET柵極驅(qū)動器提供穩(wěn)定的7.5 V電源。每個(gè)轉(zhuǎn)換器都可以使用最合適的配置來驅(qū)動其LED負(fù)載，無論是升壓，降壓還是組合。其他功能包括集成電流檢測監(jiān)控，開路LED保護(hù)，短路保護(hù)，故障標(biāo)志，可編程過壓和欠壓鎖定以及PWM調(diào)光。

功能安全性

隨著電子設(shè)備在車輛中承擔(dān)如此多的關(guān)鍵功能，現(xiàn)在有一種趨勢，即汽車制造商堅(jiān)持硬件和軟件符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262。對于諸如ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）之類的新功能，以及車輛可以自動覆蓋駕駛員的任何功能，這可能成為強(qiáng)制性要求。依賴于視覺系統(tǒng)的安全特征也可以與外部照明集成，使得甚至LED及其相關(guān)的電子設(shè)備可能需要滿足該標(biāo)準(zhǔn)。

雖然與嵌入式軟件特別相關(guān)，但也會對硬件組件產(chǎn)生影響。從本質(zhì)上講，功能安全標(biāo)準(zhǔn)不僅需要廣泛的測試，還需要在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中構(gòu)建安全案例。

結(jié)論

LED正成為汽車外部照明的首選技術(shù)。但是，二極管及其驅(qū)動器需要滿足相關(guān)的汽車標(biāo)準(zhǔn)，還可能需要增加額外的短路和EMI保護(hù)。 LED驅(qū)動器越來越集成以實(shí)現(xiàn)這種保護(hù)。