只需一個LED驅(qū)動器即可實現(xiàn)汽車LED前照燈組

作者：Keith Szolusha and Kyle Lawrence

近光燈、遠光燈、日間行車燈和信號燈通常在一個單元或集群中一起設計，使設計師能夠產(chǎn)生獨特的汽車前端外觀。LED照明已經(jīng)進入這些集群，區(qū)分了當今豪華車的高端面孔;但 LED 提供的不僅僅是美觀。與競爭照明技術(shù)相比，它們具有許多技術(shù)優(yōu)勢，特別是提高了效率、魯棒性和使用壽命。盡管有這些優(yōu)勢，汽車照明設計師仍面臨著用LED取代傳統(tǒng)燈具的成本挑戰(zhàn)。

LED照明成本的很大一部分是由LED本身、熱管理組件（如翅片金屬散熱器）和堅固的LED驅(qū)動器電路的成本驅(qū)動的。傳統(tǒng)上， 每種 LED 光束或光源類型都需要自己的 LED 驅(qū)動器 PCB.如果使用單個驅(qū)動器驅(qū)動照明集群內(nèi)的多個LED串（串聯(lián)），則可以顯著降低成本和復雜性。

全面的多 LED 燈串驅(qū)動器必須支持高功率 LED 燈串所需的高電壓和高電流。它還必須巧妙地處理某些 LED 串的開/關(guān)轉(zhuǎn)換，而其他 LED 串則保持打開且不受影響。在汽車環(huán)境中，它應適應寬范圍的輸入和輸出電壓，即輸入端的電池和輸出端的LED串。汽車環(huán)境還要求驅(qū)動器具有低EMI以及開路和短路故障保護。

LT?3795 和 LT3952 汽車 LED 驅(qū)動器在用于升壓和（正在申請專利）升壓-降壓拓撲時可滿足這些要求。這些 LED 驅(qū)動器可在高壓升壓（升壓）和升壓-降壓（升壓和降壓）拓撲中工作。它們支持大堆疊的 LED 串，可接受較寬的電池電壓范圍，并且可以優(yōu)雅地轉(zhuǎn)換輸出中 ON LED 的數(shù)量。它們均具有擴頻頻率調(diào)制功能，可降低 EMI，并具有短路和開路 LED 保護功能。

用于近光燈、遠光燈和日間行車燈的增強型 LED 驅(qū)動器

近光燈、遠光燈和日間行車燈前照燈組的總電壓在 1A LED 驅(qū)動時約為 70V。100V+ LT3795 單通道 LED 驅(qū)動器可直接從標準 9V–16V 汽車輸入驅(qū)動 70W LED — 集群中的所有三個燈均可串聯(lián)驅(qū)動。

圖 1 中的組合驅(qū)動器電路示出了 LT3795 單通道 LED 驅(qū)動器如何用于在升壓拓撲中通過日間行車燈、近光燈和遠光燈為 1A 供電。這允許打開和關(guān)閉近光燈和遠光燈 - 日間行車燈始終亮起。

圖1.LT3795 70W （70V 1A） 汽車升壓型 LED 驅(qū)動器以 95% 的效率串聯(lián)驅(qū)動日間行車燈、近光燈和遠光燈串。

當近光燈和遠光燈打開和關(guān)閉時，它們的 LED 串通過大電流 MOSFET 開關(guān) M3 和 M4 在日間行車燈串中添加和減去。這些開關(guān)充當短路設備。當 MOSFET 導通時，它會短路相應的光束，將其關(guān)閉;當 MOSFET 關(guān)閉時，光束以 1A 電流運行。這種易于實施的設計堅固耐用，可節(jié)省大量空間，無需額外的控制器。

打開和關(guān)閉整個 23V 光束串 LED（如近光燈）會在輸出上產(chǎn)生 23V 瞬變。重要的是，開啟和關(guān)閉轉(zhuǎn)換不是瞬時的。在此設計中，Q1 和 Q2 控制 MOSFET 的導通和關(guān)斷轉(zhuǎn)換，以防止 LED 串電流出現(xiàn)大尖峰，否則會導致輸出電容占用或釋放能量。瞬時切換 M3 和 M4 會將 LED 電流暫時降至零，導致近光燈出現(xiàn)可見閃爍，或者可能感應出高達 3A 的高電流尖峰，即使是最堅固的 LED 串也會受到壓力。

圖2顯示了M3和M4的受控開關(guān)，在~500μs內(nèi)轉(zhuǎn)換LED電流和輸出電壓。用于M3和M4的短路驅(qū)動器的工作速率使輸出電容和轉(zhuǎn)換器能夠在很短的時間內(nèi)處理緩慢瞬變，輸出電流偏差小于20%。在常亮行車燈中添加或減去一串時，近光燈或其他行車燈中沒有可察覺的閃爍或閃爍。

圖2.所有集群 LED 串均由一個 IC 通道串聯(lián)驅(qū)動，但打開（或關(guān)閉）其他燈串不會對運行串產(chǎn)生顯著影響——即使打開和關(guān)閉近光燈和遠光燈串，也能保持恒定的亮度。通過緩慢打開或關(guān)閉帶有短路 MOSFET 的 LED 光束來控制轉(zhuǎn)換，從而防止其他未更改的串上出現(xiàn)電流尖峰。

圖 1 中的 LT3795 升壓型 LED 驅(qū)動器電路在僅日間行車燈亮起和所有光束均導通時分別具有 91% 和 95% 的效率。它具有短路和開路 LED 保護。憑借良好的布局和足夠的銅面積供分立功率元件使用，這款 70W 升壓驅(qū)動器的最高溫升分量可以保持在 40°C 以下，而無需額外的散熱器或氣流。EMI濾波器、GATE驅(qū)動電阻和擴頻頻率調(diào)制可用于降低EMI。

用于日間行車燈和信號燈組合的升壓-降壓 LED 驅(qū)動器

一些車輛將LED照明用于日間行車燈和信號燈，但不用于遠光燈或近光燈。日間行車燈設計有各種不同的配置，從電流相對較低的長串LED到高電流的短串?？赏瑫r支持升壓和降壓轉(zhuǎn)換的IC可以為日間行車燈和有時亮起的微調(diào)燈或琥珀色信號燈供電。使用能夠無縫處理升壓和降壓拓撲中堆疊串電壓轉(zhuǎn)換的IC，設計人員可以專注于光美學和功能，而無需擔心驅(qū)動器。調(diào)光可以毫不費力地投入到混合物中。

圖3.各種光組合的效率在 94% 到 96% 之間。

圖 4 中的（正在申請專利）升壓-降壓型 LT3952 LED 驅(qū)動器通過一個緊湊的日間行車燈和一個串聯(lián)琥珀色信號或微調(diào)燈調(diào)節(jié) 1A。2-LED 琥珀色燈可通過 M2 短路 MOSFET 閃爍或 PWM 調(diào)光，而不會影響持續(xù)運行的日間行車燈的亮度。

圖4.這款 18W （18V， 1A） 汽車升壓-降壓 LED 驅(qū)動器以不同的亮度水平運行日間行車燈和琥珀色信號燈。2MHz 開關(guān)頻率使 EMI 保持在 AM 頻段之上和之外。

結(jié)果是一個單一的緊湊型1A升壓-降壓LED驅(qū)動器，其輸出驅(qū)動一個明顯穩(wěn)定的2-4個LED日間行車燈，以及一個閃爍的信號燈和/或可變調(diào)暗的微調(diào)燈。

MOSFET M2 的受控開關(guān)可將 LED 電流瞬變降至最低，MOSFET M2 打開以短路琥珀色燈，并關(guān)閉以啟用琥珀色光。圖 5 顯示了琥珀色燈的 PWM 調(diào)光工作頻率為 120Hz，可實現(xiàn)無閃爍的 10：1 調(diào)光，而不會影響日間行車燈的亮度。同樣，它可以以 1Hz 的頻率打開和關(guān)閉——比如 10% 調(diào)暗的“關(guān)閉”（或其他）到 100% 的“打開”以充當轉(zhuǎn)向信號燈。

圖5.PWM 在 120Hz 下以 10：1（最高 20：1）調(diào)暗琥珀色信號燈不會影響日間行車燈的 LED 串電流。

新的升壓-降壓 LED 驅(qū)動器拓撲允許輸入電壓和輸出電壓范圍相互交叉，從而通過減少預穩(wěn)壓需求來簡化設計。

轉(zhuǎn)換器具有短路和 LED 開路保護功能。LED 中的可選低 VF 二極管?路徑提供指示燈?除了針對 TG MOSFET （M1） 和 LT3952 過流檢測的 LED 對接地保護之外，還提供 ----升壓-降壓拓撲具有低輸入和低輸出紋波，可實現(xiàn)極低的 EMI，而擴頻頻率調(diào)制可進一步降低 EMI。+

為了提高效率，轉(zhuǎn)換器可以在 350kHz 的開關(guān)頻率下工作（圖 6）。圖7比較了這兩個選項的效率。請注意，2MHz解決方案具有減小電感尺寸和AM頻段以上和外部EMI的優(yōu)點。在350kHz或2MHz頻率下，在升壓-降壓拓撲中，可以使用非耦合電感代替單耦合電感。

圖6.與圖4類似的汽車升壓-降壓LED驅(qū)動器，但該驅(qū)動器使用350kHz的開關(guān)頻率以提高效率。

圖7.350kHz升壓-降壓解決方案（圖6）和2MHz解決方案（圖4）的效率比較。

簡短和公開的投票

在汽車環(huán)境中，重要的是，一個燈功能的故障不會妨礙其他LED的運行。LT3795 和 LT3952 包括故障檢測和報告功能，這些功能使系統(tǒng)控制器能夠接通可操作的 LED，即使串聯(lián)中的其他串出現(xiàn)故障也是如此。

使用故障標志和額外的可選診斷開關(guān) （M故障），系統(tǒng)計算機可以通過打開和關(guān)閉 LED 光束來確定哪個光束已打開。系統(tǒng)控制器可以在故障光束短路時運行剩余的非故障 LED 光束。錯誤的字符串可以重新輪詢，并在它再次正常運行后立即聯(lián)機。LT3795 和 LT3952 電路均可處理短路和開路，因此短路和斷開串不會對電路造成潛在危害。

可以設置額外的電壓讀數(shù)和短路檢測，以關(guān)閉短路的串，或報告需要維修的短路段。即使其中一個 LED 燈串損壞，LED 驅(qū)動器電路也能保持功能性和可靠性。

結(jié)論

組合汽車LED燈可以由單通道LED驅(qū)動器驅(qū)動，以節(jié)省成本和空間。高功率和高壓串可以堆疊在升壓拓撲中，也可以在新的升壓-降壓拓撲中打開和關(guān)閉各種亮度或更低電壓的串。對多個字符串使用單個驅(qū)動程序可節(jié)省成本和復雜性，同時保留美觀優(yōu)勢。

LT?3795 和 LT3952 是功能強大且靈活的 LED 驅(qū)動器 IC，可用于組合前照燈簇 LED 串。它們具有高電壓、高電流、擴頻頻率調(diào)制以及短路和開路 LED 保護功能。

審核編輯：郭婷