汽車顯示器需要更明亮的背光照明

　　引言

　　根據(jù)Strategies Unlimited公司的數(shù)據(jù)(參見圖1)，到2012年，高亮度(HB)LED的市場規(guī)模預(yù)計將達到120億美元，到2015年，該市場將增長到202億美元，年復(fù)合增長率為30.6%。目前，用來給顯示器進行背光照明的LED是這種前所未有的增長的主要驅(qū)動力。用LED對顯示器進行背光照明帶來了一些獨特的LED驅(qū)動器IC設(shè)計挑戰(zhàn)。因為要在多種環(huán)境照明條件下優(yōu)化顯示器的可讀性，這要求LED能提供非常寬的調(diào)光比和非常高的轉(zhuǎn)換效率，同時能承受汽車中相對苛刻的電環(huán)境及其它物理環(huán)境的嚴酷挑戰(zhàn)。最后，這些解決方案必須提供非常扁平、緊湊的占板面積，同時提高性價比。

　　汽車照明系統(tǒng)設(shè)計師面臨的最大挑戰(zhàn)之一是：怎樣優(yōu)化最新一代LED的所有優(yōu)勢。因為LED一般需要準確和高效率的DC電流源及調(diào)光方法，所以LED驅(qū)動器IC必須設(shè)計為在多種條件下滿足這些要求。電源解決方案在功能和可靠性方面必須是高效和堅實的，同時又非常緊湊和經(jīng)濟實惠。按理，就驅(qū)動LED而言，要求最苛刻的應(yīng)用之一將會是汽車信息娛樂系統(tǒng)和儀表板TFT-LCD背光照明，因為它們處于嚴酷的汽車電環(huán)境中，必須補償范圍很寬的環(huán)境照明條件變化，而且必須能放入非常有限的空間中，在做到所有這一切的同時，還要保持富有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。

　　汽車LED背光照明

　　諸如尺寸小、功耗低、壽命極長和調(diào)光能力強等優(yōu)勢已經(jīng)使得LED TFT-LCD背光照明在當今的汽車、卡車、火車、飛機和輪船中得到了廣泛采用。

　　在這類環(huán)境中采用LED有幾種積極的意義。首先，LED永遠不需要更換，因為它們的可靠壽命超過10萬小時(11.5年的使用年限)，已經(jīng)超過了車輛壽命。這允許汽車制造商將LED永久性地嵌入到車內(nèi)背光照明系統(tǒng)中，而不需要為更換留有余地。因為LED照明系統(tǒng)不需要冷陰極熒光燈(CCFL)燈那么大的深度或面積，所以款式也可以顯著改變。另外，在從輸入電功率提供光輸出(以流明為單位)方面，LED一般比白熾燈的效率高。這有兩種積極作用。首先，LED從汽車總線泄漏的電功率較少，而且同樣重要的是，使用LED減少了顯示器散發(fā)的熱量，從而無需笨重、昂貴的散熱器。

　　LED背光照明的另一個重要好處是，高性能LED驅(qū)動器IC能提供較寬的調(diào)光比。由于汽車內(nèi)部經(jīng)受著范圍非常寬的環(huán)境照明條件變化，包括從太陽光直射到完全黑暗之間的每一種變化，而人眼對光輸出中的微小擾動又非常敏感，顯示屏需要相應(yīng)地調(diào)暗或調(diào)亮，因此首要的是，LED背光照明系統(tǒng)能提供非常寬的、從1000:1到高達30000:1的調(diào)光比。采用合適的LED驅(qū)動器IC，相對容易實現(xiàn)這類寬調(diào)光比，而用CCFL背光照明則是不可能的。圖3顯示了一個LED背光照明儀表板和共享LED背光照明的信息娛樂系統(tǒng)顯示屏。

　　汽車LED照明設(shè)計參數(shù)

　　為了確保最佳性能和長工作壽命，LED需要有效的驅(qū)動電路。這類驅(qū)動器IC必須能靠條件相當苛刻的汽車電源總線工作，而且經(jīng)濟實惠、空間利用效率高。為了保持長工作壽命，首要的是不超過LED的電流和溫度限制。

　　汽車行業(yè)的主要挑戰(zhàn)之一是克服汽車電源總線上嚴酷的電環(huán)境。這主要包含稱為負載突降和冷車發(fā)動的瞬態(tài)情況。負載突降指的是，電池電纜斷接，同時交流發(fā)電機仍然在給電池充電的情況。當電池電纜連接不牢固而汽車正在運行時，或當電池電纜斷開而汽車正在行駛時，可能發(fā)生這種情況。電池電纜這種突然斷接能產(chǎn)生高達40V的瞬態(tài)電壓尖峰，因為交流發(fā)電機正在嘗試給已經(jīng)不存在的電池充電。交流發(fā)電機上的瞬態(tài)電壓抑制器通常將總線電壓鉗位到大約36V，并吸收大部分電流浪涌;不過交流發(fā)電機下游的DC/DC轉(zhuǎn)換器要承受這36V至40V的瞬態(tài)電壓尖峰。這些轉(zhuǎn)換器要求不被損壞，并在這種瞬態(tài)事件發(fā)生時調(diào)節(jié)輸出電壓。有各種不同的保護電路可供選擇，通常是瞬態(tài)電壓抑制器。瞬態(tài)電壓抑制器可以在外部采用，不過增加了成本和重量，并占用空間。

　　“冷車發(fā)動”指的是，當汽車發(fā)動機承受寒冷或冰凍溫度一段時間時發(fā)生的情況。發(fā)動機機油變得極度黏滯，需要發(fā)動機啟動器提供更大的扭矩，這反過來又從電池吸取更大的電流。這種大電流負載在點火時可能將電池/主總線電壓拉低至6V，之后負載通常返回標稱的12V。

　　幸運的是，對這些問題已經(jīng)有了解決方案，那就是凌力爾特公司的LT3760，該器件能在這兩種情況時不被損壞，并調(diào)節(jié)一個固定輸出電壓。LT3760的6V至40V的輸入電壓范圍使其非常適用于汽車環(huán)境。甚至當VIN大于VOUT(這種情況可能在40V瞬態(tài)時發(fā)生)時，LT3760仍將調(diào)節(jié)所需的LED電流。