汽車應(yīng)用中的LED照明方案

　　與目前的汽車內(nèi)部和外部照明解決方案相比，LED照明具有很多優(yōu)勢，如性能更高、壽命更長、成本更低等，這種照明方式并且提高了汽車照明的美感和性能。然而欲直接以汽車電池驅(qū)動LED，需要一個 DC/DC轉(zhuǎn)換器來穩(wěn)壓一個恒定的LED電流，并保護(hù)LED免受汽車電池變化劇烈的影響。這種轉(zhuǎn)換器應(yīng)根據(jù)串聯(lián) LED 中所含 LED 的數(shù)量和 LED 的類型以及根據(jù)前照燈、尾燈和訊號指示燈、車內(nèi)閱讀燈、儀表板或娛樂顯示器照明等應(yīng)用的功能而最佳化，需注意：

　　1.架構(gòu)― LED 電壓與電池電壓之間的關(guān)系決定采用降壓、升壓或升降壓架構(gòu)，所選擇的架構(gòu)要能在整個電池電壓范圍內(nèi)保持對 LED 電流的控制性。

　　2.調(diào)光―大比例的 LED 調(diào)光必須在亮度等級上保持顏色特性不變，并且沒有肉眼看得見的起伏或振盪。

　　3.效率―在非運(yùn)行狀態(tài)功率損耗消耗電池電量，而且在汽車這種熱量壓力已經(jīng)很大的環(huán)境中，消耗的電量又轉(zhuǎn)變成了熱量。

　　驅(qū)動單一LED

　　車內(nèi)白光頭燈和化妝燈可能采用一顆或兩顆 3W LED，每顆 LED 產(chǎn)生 75 至 100 流明的亮度。這些 LED的典型順向電壓范圍為 3V 至 4.5V，最大電流為 1A 至 1.5A，例如 Lumileds 公司的 Luxeon III Star。最簡單的 LED 驅(qū)動器設(shè)計(jì)采用降壓穩(wěn)壓器，其直接以汽車電池驅(qū)動單顆 LED。

圖 1：具備250:1 PWM 調(diào)光比的降壓型高壓 1A LED 驅(qū)動器 LT3474。

　　如圖1所示，為具有調(diào)光功能的單顆 LED 內(nèi)部照明電路。汽車電池的典型工作電壓范圍為 9V 至 16V（典型值為 12V）。一個消耗電量的電池在汽車啟動前，電壓也許降至 9V，汽車啟動后交流發(fā)電機(jī)對其充電，使其電壓回復(fù)到高達(dá) 14.4V，在冷啟動時，電池電壓也許會降至 4V，這時只有關(guān)鍵的電子電路必須工作。

　　在電池和底盤上，不同位置之間的長電纜以及電子雜訊環(huán)境使得汽車中總是存在著高電壓尖峰。在為汽車設(shè)計(jì)選擇開關(guān)穩(wěn)壓器時，36V 瞬變是必須考慮的，通常會透過簡單保護(hù)二極管或?yàn)V波器來處理較高的電壓尖峰。圖 1 所採用的 LT3471 轉(zhuǎn)換器積體電路，是一個高電壓、高電流降壓 LED 轉(zhuǎn)換器，該元件具備寬廣 PWM 調(diào)光比，可驅(qū)動一顆或多顆 LED 電流達(dá) 1A 。LT3471提供4V至36V的寬廣輸入電壓范圍，使該 LED 驅(qū)動器能直接以汽車電池工作，同時提供恒定LED電流，而其降壓架構(gòu)和可調(diào)式的寬頻范圍，允許使用小型、低成本、具高溫度系數(shù)的陶瓷電容，提供低漣波的LED電流。

　　LT3474 單一LED 降壓轉(zhuǎn)換器的效率，在 12VIN 時高于 80%。通過 VADJ 接腳進(jìn)行模擬控制時，隨著 LED 電流和亮度的降低，效率會下降，但功耗仍保持很低的狀況。LT3474 特別針對汽車和電池供電應(yīng)用而定制，在關(guān)機(jī)狀態(tài)時僅消耗低于 2uA（典型值10nA）的電流。關(guān)機(jī)時，并仍可提供 LED 接通/斷開按鈕功能，如同按鈕或微控制器的作用。LT3475 LED 驅(qū)動器是 LT3474 的雙通道版本，可驅(qū)動電流均為 1.5A 的兩組個別LED 或多串LED。

　　PWM 調(diào)光和亮度控制

　　LED 亮度可由圖 1的 LT3474 加以控制，其將一個模擬電壓輸入連接至 VADJ 接腳、或把一個數(shù)位 PWM 信號送至 PWM 調(diào)光 MOSFET 的閘極和 PWM 接腳。簡單的模擬亮度控制，透過降低內(nèi)部感測電阻的電壓，將恒定 LED 電流從 1A 降至更低值，但 LED 光線的顏色在低電流時會產(chǎn)生變化。調(diào)光比的實(shí)際限制大約為 10:1。

　　另一種降低亮度的方法是數(shù)字 PWM 調(diào)光。在 PWM 接通期間，LED 電流保持于穩(wěn)定的1A。在 PWM 關(guān)斷期間， LED 電流為零。這在降低亮度的同時保持了 LED 光線顏色和真實(shí)色彩特性。

　　在積體電路內(nèi)部，PWM 功能使LED 回歸至設(shè)定電流值時，達(dá)到對 PWM 調(diào)光的快速響應(yīng)。LT3474 的最大數(shù)字 PWM 調(diào)光比為 250:1，這對內(nèi)部照明來說綽綽有余。LT3475 可以高于 1000:1 的調(diào)光比進(jìn)行調(diào)光。

　　LCD 顯示器以多串LED 照明

　　GPS 導(dǎo)航和車內(nèi)娛樂顯示器，在日光條件下需要使用明亮的串聯(lián)LED ，而在夜間工作時又需要寬調(diào)光比，串聯(lián)LED 帶來了與單個 LED 頭燈不同的難題。在這些顯示器中，就較小的 LED 而言，多串由 6 至 10 個 LED 組成的 LED 串聯(lián)電流通常都較低（《150mA），但是所聚集的電壓卻高于汽車電池電壓，對這些顯示器來說，具有高效率和 PWM 調(diào)光能力的大功率升壓架構(gòu) LED 驅(qū)動器是必要的。

　　圖2顯示 LT3486 雙組輸出升壓 LED 驅(qū)動器的應(yīng)用，其以 100mA 恒定電流驅(qū)動兩串 LED，LED 電壓高達(dá) 36V。這個升壓轉(zhuǎn)換器以小電壓感測電阻與 LED 串聯(lián)和 PWM 調(diào)光 MOSFET 串列，并具有高效率。9V 至 16V 的整個電池電壓范圍低于 LED串聯(lián)的電壓。雙通道 LED 驅(qū)動器驅(qū)動 20 顆 LED 組成的兩個 LED串聯(lián)，同時保持最高開關(guān)電壓低于該積體電路的 42V 額定值，20 顆LED 組成的單串 LED串聯(lián)則需要更高的電壓。

　　圖 2：在 GPS LCD 顯示器中，LT3486 以 100mA 電流驅(qū)動 20 顆白光 LED。