高效LED背光照明：汽車顯示器設(shè)計(jì)方案

　　汽車 LED 照明設(shè)計(jì)參數(shù)

　　為了確保最佳性能和長(zhǎng)工作壽命，LED 需要有效的驅(qū)動(dòng)電路。這類驅(qū)動(dòng)器 IC 必須能靠條件相當(dāng)苛刻的汽車電源總線工作，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、空間利用效率高。為了保持長(zhǎng)工作壽命，首要的是，不要超過(guò) 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(yán)酷的電環(huán)境。這些主要挑戰(zhàn)是稱為負(fù)載突降和冷車發(fā)動(dòng)的瞬態(tài)情況。負(fù)載突降指的是，電池電纜斷接同時(shí)交流發(fā)電機(jī)仍然在給電池充電的情況。當(dāng)電池電纜連接不牢固而汽車正在運(yùn)行時(shí)，或當(dāng)電池電纜斷開(kāi)而汽車正在行駛時(shí)，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(dá) 40V 的瞬態(tài)電壓尖峰，因?yàn)榻涣靼l(fā)電機(jī)正在嘗試給已經(jīng)不存在的電池充滿電。交流發(fā)電機(jī)上的瞬態(tài)電壓抑制器通常將總線電壓箝位到大約 36V，并吸收大部分電流浪涌；不過(guò)交流發(fā)電機(jī)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(shí)調(diào)節(jié)輸出電壓。有各種不同的保護(hù)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(guò)增加了成本和重量，并占用空間。

　　“冷車發(fā)動(dòng)”指的是，當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)承受寒冷或冰凍溫度一段時(shí)間時(shí)發(fā)生的情況。發(fā)動(dòng)機(jī)油變得極度黏滯，需要發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器提供更大的扭矩，這反過(guò)來(lái)又從電池吸取更大的電流。這種大電流負(fù)載在點(diǎn)火時(shí)可能將電池 / 主總線電壓拉低至 6V，之后負(fù)載通常返回標(biāo)稱的 12V。

　　幸運(yùn)的是，對(duì)這些問(wèn)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出現(xiàn)時(shí)不被損壞，并調(diào)節(jié)一個(gè)固定輸出電壓。LT3760 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(dāng) VIN 大于 VOUT （這種情況可能在 40V 瞬態(tài)時(shí)發(fā)生） 時(shí)，LT3760 仍將調(diào)節(jié)所需的 LED 電流。

　　由于大多數(shù)汽車 LCD 背光照明應(yīng)用都需要 20W 至 35W 的 LED 功率，所以 LT3760 設(shè)計(jì)為滿足這些需求。該器件可以將汽車總線電壓 （6V 至 18V / 標(biāo)稱 12V） 升高至 44V，以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)并聯(lián) LED 串 （每串含有 10 個(gè) 80mA 的串聯(lián) LED）。圖 4 顯示了 LT3760 驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)并聯(lián) LED 串的原理圖，每串由 10 個(gè) 80mA 的 LED 組成，總功率為 28W。

　　圖 4：采用 LT3760、效率為 90% 的 28W LED 背光照明電路

　　LT3760 采用自適應(yīng)反饋環(huán)路設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)輸出電壓以使其略高于 LED 串的最高電壓。這最大限度地減小了通過(guò)鎮(zhèn)流電路損失的功率，并幫助優(yōu)化了效率。圖 2 中的電路提供高于 90% 的效率。這很重要，因?yàn)橄巳魏紊嵝枨?，從而?shí)現(xiàn)了占板面積非常緊湊的扁平解決方案。就驅(qū)動(dòng) LED 陣列而言，同樣重要的是，提供準(zhǔn)確的電流匹配，以確保在整個(gè)儀表板上保持背光照明亮度一致。LT3760 在 -40度 至 125度 的溫度范圍內(nèi)保證 LED 電流變化不到 ±2%，而且正如在圖 5 中能看到的那樣，它的典型值較接近 ±0.5%。

　　圖 5：圖 4 中的 LED 電流匹配

　　LT3760 采用固定頻率、恒定電流升壓型控制器拓?fù)?。該器件采用單個(gè) 60V 外部 N 溝道 MOSFET，能驅(qū)動(dòng) 8 串由多達(dá) 10 個(gè) 100mA 串聯(lián)連接 LED 組成的 LED 串。其開(kāi)關(guān)頻率是可編程的，并可在 100kHz 至 1MHz 范圍內(nèi)同步，從而使其能提供最佳效率，同時(shí)最大限度地減小外部組件尺寸。其設(shè)計(jì)還使該器件能運(yùn)行 4 串 200mA 的 LED 串或甚至兩串 400mA 的 LED 串。每個(gè) LED 串能使用同樣數(shù)量的 LED，或能以每串不同數(shù)量的 LED 非對(duì)稱地運(yùn)行。

　　LT3760 以高達(dá) 3，000:1 的調(diào)光比和通過(guò)控制引腳的模擬調(diào)光 （提供高達(dá) 25:1 的調(diào)光比） 提供直接 PWM。在需要高達(dá) 30，000:1 調(diào)光比的應(yīng)用中，這兩種調(diào)光功能可以結(jié)合起來(lái)，以達(dá)到所需調(diào)光比。似乎隨著汽車顯示器技術(shù)的完善，大多數(shù)制造商都更喜歡使用較高的 LED 電流 （50mA 至 100mA），以使顯示器在明亮的環(huán)境照明條件下更可讀，同時(shí)更喜歡使用較大的調(diào)光比，以補(bǔ)償不斷變化的環(huán)境照明條件。

　　此外，LT3760 有集成的保護(hù)功能，包括開(kāi)路和短路保護(hù)以及一個(gè) /FAULT 診斷引腳。例如，如果一個(gè)或多個(gè) LED 串開(kāi)路，那么 LT3760 就會(huì)調(diào)節(jié)其余的 LED 串，并將 /FAULT 引腳設(shè)定為高。如果所有 LED 串都處于開(kāi)路狀態(tài)，那么該器件仍會(huì)調(diào)節(jié)輸出電壓，而且在兩種情況下，都會(huì)將 /FAULT 引腳設(shè)定為高。類似地，如果在 VOUT 和任何 LED 引腳之間發(fā)生短路，那么 LT3760 就立即斷開(kāi)該通道，并繼續(xù)調(diào)節(jié)其余通道。停用該通道可保護(hù) LT3760 不受大功率熱耗散的影響，并確?？煽抗ぷ?。為了實(shí)現(xiàn)額外的 LED 保護(hù)，LT3760 的 CTRL 引腳允許通過(guò) LED 串的環(huán)境溫度設(shè)定 LED 電流降額曲線。一個(gè)放置在靠近 LED 處的 NTC 電阻器隨著溫度升高降低 CTRL 引腳電壓，從而降低了 LED 電流。其他優(yōu)化可讀性的特點(diǎn)包括停機(jī)時(shí)輸出斷接、可編程欠壓閉鎖、微功率停機(jī)和內(nèi)部軟啟動(dòng)。

　　結(jié)論

　　對(duì)更高性能和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠性永不滿足的需求驅(qū)動(dòng)著 LED 背光照明應(yīng)用在汽車顯示器中的持續(xù)加速。這些需求必須由新的 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 來(lái)滿足。結(jié)果，這些 LED 驅(qū)動(dòng)器必須提供恒定電流，以不管輸入電壓或 LED 正向電壓如何變化都保持一致的亮度，必須以高效率工作，必須提供非常寬的調(diào)光比，且必須有各種保護(hù)功能以提高系統(tǒng)可靠性。當(dāng)然，這些 LED 驅(qū)動(dòng)器電路還必須提供占板面積非常緊湊、扁平和熱效率高的解決方案。幸運(yùn)的是，凌力爾特公司在不斷重新定義 LED 驅(qū)動(dòng)器系列，以用面向顯示器應(yīng)用的 LT3760 等高亮度 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 迎頭客服這些苛刻的挑戰(zhàn)。此外，凌力爾特公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一個(gè)完整、專門(mén)針對(duì)汽車應(yīng)用的大電流 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 系列，涵蓋從 LCD 背光照明到轉(zhuǎn)向指示信號(hào)燈以及先進(jìn)的前向照明前燈等各種應(yīng)用。隨著汽車照明系統(tǒng)繼續(xù)需要更高性能的 LED 驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)師們也將有滿足需求的 IC 解決方案。