即使是汽車級LED和LED設備驅動器在外部汽車照明應用的惡劣電氣環境中使用時也可能需要額外的保護。高可靠性是至關重要的，特別是前向和后向燈在新的車輛安全功能中發揮重要作用，可能導致在某些危急情況下對某些方面進行自主控制。

本文將考慮LED驅動器如何通過包含更高集成度的設備（包含診斷和保護功能）的附加電路，可以保護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驅動器和TI的電流檢測監視器。

自適應照明

實際上，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，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計帶入了家庭環境。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鍵，例如自適應照明，自動傾斜，物體檢測和停車輔助。

對于自適應照明，多個LED被集成到一個簇或矩陣中，這樣可以打開和關閉各個LED或調暗以產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，從而可以自動調節光束寬度和投影（圖1）。

圖1：奧迪的Matrix LED大燈展示了其自適應能力，避免在繼續照亮道路時使迎面而來的駕駛員失明。每個前照燈單元中使用大約25個可單獨控制的LED。

汽車外部燈被認為是安全裝置，因此受到高度監管。盡管LED比它們取代的燈泡更加機械堅固，但LED仍然必須符合嚴格的汽車標準，以確保可靠性和安全性。最初，LED必須符合AEC-Q101標準（汽車級分立半導體的壓力測試資格），但現在新的，更合適的LED法規正在發展。

當然，汽車照明應用中必不可少的相關電子控制，電源管理和電路保護設備必須符合AEC-Q100（用于集成電路），AEC-Q101（分立元件）或AEC-Q200（無源元件）。符合汽車標準的電子設備需要在擴展的溫度和濕度范圍內展示可靠的操作，并能夠承受振動和刺激性化學品，以及瞬態和EMI。在前照燈應用中，例如前照燈或日間行車燈（DLR），LED和驅動器通常在高功率水平下工作，在矩陣設計中高達75 W，使EMI成為特別的挑戰。

無論是由于機械還是電氣問題，外部照明故障都可能是災難性的。在夜間駕駛時，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，短路可能產生電弧，在碰撞的情況下，可能點燃泄漏的燃料。顯然，高可靠性LED和驅動器是必不可少的，并且符合相關的AEC質量標準是一個開始。但是，仔細選擇LED驅動器非常重要，并且需要對電氣短路，欠壓，過壓，過流和反極性進行額外保護。

拓撲選擇

對于合理的高功率應用，例如汽車前照燈，通常使用開關穩壓器。 LED通常需要恒定電流才能產生一致的光輸出; LED驅動器必須能夠改變輸出電壓以保持恒定電流。總輸出電壓取決于許多參數，例如LED工藝和芯片溫度，以及串聯的LED數量。設計人員需要準確預測最大輸出電壓，以便選擇最佳的穩壓器拓撲，從而選擇驅動器IC和相關組件。

有用的應用筆記可從德州儀器（TI），設計挑戰的開關LED驅動器 1 獲得。它警告說，如果最大輸出電壓超過最小輸入電壓，降壓調節器，即使具有高占空比，也可能在某些情況下失去動力。它詳細介紹了如何最好地設置LED紋波電流的容差，以及何時需要更嚴格的控制和濾波。最后，它概述了如何計算一串LED的動態電阻，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用中，LED陣列或矩陣可以遠離驅動器/控制器。在這種情況下，升壓轉換器可能是更合適的拓撲選擇。在驅動LED串時，通常首選基于升壓的驅動器架構。

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驅動器包括內置的強大的短路保護功能。但是，可以使用電流分流監控器簡單地安裝保護電路，并根據應用，額外的元件，如外部MOSFET開關和感應電阻器。

德州儀器（TI）提供多種符合AEC-Q100標準的器件，包括INA20x系列，這是一款高端電流分流監控器，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部基準電壓源，提供0.6 V閾值。 TI還提供參考設計和數據表，解釋其操作 2 。

同步降壓轉換器還可用于調節某些汽車照明應用中LED的電流。為了實現高效安全的操作，電流檢測監視器，高端檢測電阻，電阻分壓器和運算放大器也可以集成到這些設計中。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。

多模式驅動程序

選擇LED驅動程序時，了解現在有多種設備可用于升壓，降壓和降壓 - 升壓模式架構，這一點非常有用。汽車級多模設備的供應商包括但不限于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，專門設計用于獨立驅動三串LED。該器件可在升壓，降壓，降壓 - 升壓模式，SEPIC或反激拓撲中工作。固定頻率，電流模式設計可在2.5至40 V的寬輸入電壓范圍內穩定工作。集成的DC/DC轉換器為三個通道的N溝道MOSFET柵極驅動器提供穩定的7.5 V電源。每個轉換器都可以使用最合適的配置來驅動其LED負載，無論是升壓，降壓還是組合。其他功能包括集成電流檢測監控，開路LED保護，短路保護，故障標志，可編程過壓和欠壓鎖定以及PWM調光。

功能安全性

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

雖然與嵌入式軟件特別相關，但也會對硬件組件產生影響。從本質上講，功能安全標準不僅需要廣泛的測試，還需要在整個設計過程中構建安全案例。

結論

LED正成為汽車外部照明的首選技術。但是，二極管及其驅動器需要滿足相關的汽車標準，還可能需要增加額外的短路和EMI保護。 LED驅動器越來越集成以實現這種保護。