單個2MHz降壓-升壓控制器驅(qū)動整個LED前照燈組

汽車 LED 大燈組將遠(yuǎn)光燈和近光燈、日間行車燈，有時還有信號燈和間隙燈組合成一個大燈組。集群的組件可能具有截然不同的驅(qū)動器要求，包括電壓和電流要求、拓?fù)?、功率水平或?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)動器解決方案。使用多個驅(qū)動器不僅會使BOM和生產(chǎn)復(fù)雜化，而且難以滿足EMI標(biāo)準(zhǔn)。每個額外的驅(qū)動器都會將其高頻信號添加到EMI混音中，從而使EMI鑒定、故障排除和緩解變得復(fù)雜。

盡管每個汽車品牌和型號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)動程序可以滿足群集中每個字符串的功率和功能要求。沒有。這種驅(qū)動器需要采用相對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，因此可以使用單個控制器驅(qū)動整個前照燈組等。

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)電流檢測放大器架構(gòu)將檢測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。可選的擴(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)動器采用EMI濾波器和柵極電阻時效率高達(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 和單個高功率電感器，即使在 24 W 時，溫升也很低。在 12 V 輸入時，任何組件的升溫都不會超過室溫 25oC。在 6 V 輸入時，使用標(biāo)準(zhǔn) 4 層 PCB 且無散熱器或氣流時，最熱組件的升溫低于 50oC。面對低至 4.3 V 的輸入瞬變，它繼續(xù)以滿 24 W 負(fù)載運(yùn)行;或在輸入長時間下降時通過模擬或PWM調(diào)光降低負(fù)載電流。8 A 至 10 A 檢測電阻可在低 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)動器通過 CISPR 25 5 類 EMI。

圖2.LED驅(qū)動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)動器進(jìn)行測量，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，而無需外部提供的 PWM 時鐘。

用于汽車應(yīng)用的 CISPR 25 電磁干擾

圖1中的2 MHz LT8391A LED驅(qū)動器專為汽車前照燈而設(shè)計。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)光同時無閃爍運(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產(chǎn)生不希望的熱回路，尤其是在包含大型檢測電阻時。獨(dú)特的 LT8391A 降壓-升壓架構(gòu)從降壓和升壓開關(guān)對熱環(huán)路中移除了檢測電阻器，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)動器的實(shí)測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 CISPR 25 5 類輻射和傳導(dǎo) EMI。5級是最嚴(yán)格的要求，也是大多數(shù)汽車EMI測試的目標(biāo)。無法通過 5 類 EMI 的轉(zhuǎn)換器要么采用汽車電路設(shè)計，要么必須封裝在大型金屬 EMI 屏蔽中。即使屏蔽的笨重不會造成組裝問題，添加它們也是昂貴的。

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

圖4.LT8391A 演示電路 DC2575A 通過 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。由于只有在遠(yuǎn)光燈和近光燈關(guān)閉時才需要日間行車燈，因此可以使用單個 LED 驅(qū)動器為遠(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才有效。降壓-升壓設(shè)計滿足了這一要求。

圖5所示的多光束LT8391A降壓-升壓LED驅(qū)動器可以驅(qū)動3 V至34 V的LED燈串電壓。這使其能夠驅(qū)動近光燈串，并通過在近光燈串上添加LED來產(chǎn)生遠(yuǎn)光燈。相同的驅(qū)動器切換并驅(qū)動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。對于轉(zhuǎn)換器來說，從少量 LED 更改為大量沒有 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），沒有任何問題。也可以添加其他微調(diào)或信號 LED，并且 DRL 可以作為信號燈閃爍。圖6d顯示了如何使用內(nèi)部設(shè)置的PWM發(fā)生器對DRL進(jìn)行PWM調(diào)光，然后在黑暗降臨時平滑切換到近光燈。

面對短路和 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，并通過轉(zhuǎn)換器的故障標(biāo)志報告。

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。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)動四個同步MOSFET。LT8391A FE 2 MHz 16 V、1.5 A演示電路（DC2575A，基于圖1的設(shè)計）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 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16 V LED。

圖8.使用內(nèi)部和外部PWM選項進(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