汽車應用中的LED照明方案

2012年05月29日 15:42 來源:本站整理 作者:秩名 我要評論(0)

標簽:汽車電子(151)LED照明(325)汽車led燈(1)

  與目前的汽車內部和外部照明解決方案相比,LED照明具有很多優勢,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動LED,需要一個 DC/DC轉換器來穩壓一個恒定的LED電流,并保護LED免受汽車電池變化劇烈的影響。這種轉換器應根據串聯 LED 中所含 LED 的數量和 LED 的類型以及根據前照燈、尾燈和訊號指示燈、車內閱讀燈、儀表板或娛樂顯示器照明等應用的功能而最佳化,需注意:

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

  2.調光―大比例的 LED 調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―在非運行狀態功率損耗消耗電池電量,而且在汽車這種熱量壓力已經很大的環境中,消耗的電量又轉變成了熱量。

  驅動單一LED

  車內白光頭燈和化妝燈可能采用一顆或兩顆 3W LED,每顆 LED 產生 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 驅動器設計采用降壓穩壓器,其直接以汽車電池驅動單顆 LED。



圖 1:具備250:1 PWM 調光比的降壓型高壓 1A LED 驅動器 LT3474。

  如圖1所示,為具有調光功能的單顆 LED 內部照明電路。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,汽車啟動后交流發電機對其充電,使其電壓回復到高達 14.4V,在冷啟動時,電池電壓也許會降至 4V,這時只有關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境使得汽車中總是存在著高電壓尖峰。在為汽車設計選擇開關穩壓器時,36V 瞬變是必須考慮的,通常會透過簡單保護二極管或濾波器來處理較高的電壓尖峰。圖 1 所採用的 LT3471 轉換器積體電路,是一個高電壓、高電流降壓 LED 轉換器,該元件具備寬廣 PWM 調光比,可驅動一顆或多顆 LED 電流達 1A 。LT3471提供4V至36V的寬廣輸入電壓范圍,使該 LED 驅動器能直接以汽車電池工作,同時提供恒定LED電流,而其降壓架構和可調式的寬頻范圍,允許使用小型、低成本、具高溫度系數的陶瓷電容,提供低漣波的LED電流。

  LT3474 單一LED 降壓轉換器的效率,在 12VIN 時高于 80%。通過 VADJ 接腳進行模擬控制時,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用而定制,在關機狀態時僅消耗低于 2uA(典型值10nA)的電流。關機時,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 驅動器是 LT3474 的雙通道版本,可驅動電流均為 1.5A 的兩組個別LED 或多串LED。

  PWM 調光和亮度控制

  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、或把一個數位 PWM 信號送至 PWM 調光 MOSFET 的閘極和 PWM 接腳。簡單的模擬亮度控制,透過降低內部感測電阻的電壓,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生變化。調光比的實際限制大約為 10:1。

  另一種降低亮度的方法是數字 PWM 調光。在 PWM 接通期間,LED 電流保持于穩定的1A。在 PWM 關斷期間, LED 電流為零。這在降低亮度的同時保持了 LED 光線顏色和真實色彩特性。

  在積體電路內部,PWM 功能使LED 回歸至設定電流值時,達到對 PWM 調光的快速響應。LT3474 的最大數字 PWM 調光比為 250:1,這對內部照明來說綽綽有余。LT3475 可以高于 1000:1 的調光比進行調光。

  LCD 顯示器以多串LED 照明

  GPS 導航和車內娛樂顯示器,在日光條件下需要使用明亮的串聯LED ,而在夜間工作時又需要寬調光比,串聯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 調光能力的大功率升壓架構 LED 驅動器是必要的。

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

  

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

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