汽車LED驅(qū)動(dòng)器功率轉(zhuǎn)換拓?fù)渲改?/h1>
LED不同于傳統(tǒng)的帶有燈絲或氣體成分的電燈。利用特定的半導(dǎo)體結(jié),LED制造商可以生成整個(gè)可見光范圍的特定顏色的光,以及紅外線和紫外線。在汽車應(yīng)用中,LED可以提高白天和夜間駕駛的安全性。效率的提高可以延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的電池壽命,而在單個(gè)系統(tǒng)中使用多個(gè)LED可以避免單一部件的故障問(wèn)題。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202209/438328.htm由于其多功能性,LED能夠以多種不同的方式驅(qū)動(dòng)。由于LED的輸出有良好的照明控制,因此LED負(fù)載與電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)負(fù)載不同。LED只靠通過(guò)半導(dǎo)體結(jié)的精確控制電流來(lái)發(fā)光,而端口到系統(tǒng)接地(或汽車系統(tǒng)中的底盤)的相對(duì)電壓則與此無(wú)關(guān)。因此,LED系統(tǒng)可以利用開關(guān)技術(shù)提供的不同拓?fù)洹?/p>
如何為汽車LED系統(tǒng)選擇正確的開關(guān)拓?fù)?/strong>
汽車系統(tǒng)中特定開關(guān)拓?fù)涞倪x擇關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì);應(yīng)考慮最小輸入電壓、最大串電壓、底盤回路能力、短路輸出能力、最大輸入電流、輸出/LED電流和PWM調(diào)光。
降壓(Buck)轉(zhuǎn)換器
降壓LED驅(qū)動(dòng)器通過(guò)高于LED串總電壓的電壓調(diào)節(jié)LED串中的電流。降壓LED驅(qū)動(dòng)器可以安全地短接至系統(tǒng)接地,確保其本質(zhì)安全。它們具有底盤回流的能力(一條線用于供電),并且可以輕松適應(yīng)矩陣或動(dòng)畫應(yīng)用。圖1和圖2中的示例原理圖顯示了控制器調(diào)節(jié)高壓側(cè)開關(guān)進(jìn)行電流控制的基本系統(tǒng)圖。
圖1 降壓轉(zhuǎn)換器
圖2 降壓轉(zhuǎn)換器示例:ADI LT3932
降壓LED驅(qū)動(dòng)器需要具備幾個(gè)關(guān)鍵特性:固定頻率操作、通過(guò)出色的開關(guān)控制和低電阻開關(guān)實(shí)現(xiàn)高效率、在整個(gè)模擬調(diào)光范圍內(nèi)提供高精度,以及為獲得出色的EMI,適當(dāng)設(shè)計(jì)擴(kuò)頻調(diào)頻。
表1 使用降壓轉(zhuǎn)換器作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡取舍
降壓LED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)
降壓LED驅(qū)動(dòng)器的權(quán)衡取舍
應(yīng)用
接地?zé)舸?底盤回路
輸入電壓必須高于LED電壓
遠(yuǎn)光燈/近光燈
矩陣開關(guān)可以并聯(lián)整個(gè)燈串
大多數(shù)汽車系統(tǒng)需要預(yù)升壓調(diào)節(jié)器
轉(zhuǎn)向燈/動(dòng)畫
更高的帶寬(>fSW的1/5)
矩陣式前照燈
出色的EMI性能
短路安全系統(tǒng)
最小電感尺寸
升壓(BOOST)轉(zhuǎn)換器
升壓LED驅(qū)動(dòng)器通過(guò)低于LED串總電壓的電壓調(diào)節(jié)LED串中的電流。這在很多汽車系統(tǒng)中很有用,其中很多LED都需要在單個(gè)串中導(dǎo)通。典型的12V汽車系統(tǒng)的工作電壓范圍為6V至18V,這需要將LED驅(qū)動(dòng)器的電壓降到6V,從而為L(zhǎng)ED提供較大的升壓比,以保持點(diǎn)亮。圖3和圖4中的示例原理圖顯示了控制器調(diào)節(jié)低壓側(cè)開關(guān)進(jìn)行電流控制的基本系統(tǒng)圖。
圖3 升壓轉(zhuǎn)換器
圖4 升壓轉(zhuǎn)換器示例:LT8356-1
表2 使用升壓轉(zhuǎn)換器作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡取舍
升壓LED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)
升壓LED驅(qū)動(dòng)器的權(quán)衡取舍
應(yīng)用
接地-底盤回路
輸入電壓必須高于LED電壓
遠(yuǎn)光燈/近光燈
通常情況下總值最小
解決方案尺寸
更低的帶寬(<fSW的1/20)
平視顯示器
良好的EMI性能
更高的額定電感電流
背光
電池直接向LED轉(zhuǎn)換
無(wú)法將輸出短接到地
使用升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行升壓-降壓
一些升壓LED驅(qū)動(dòng)器可配置為將LED陰極返回電源。這種配置稱為降壓-升壓??傒敵鲭妷簽閂IN (VBATTERY),該電壓加到LED串總電壓中。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)高于、低于或等于電源電壓的LED串。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局限性是只受轉(zhuǎn)換器的限制--低端受控制器IC的最小電源電壓限制,高端受控制器IC的最大輸出電壓限制。
圖5 升壓-降壓轉(zhuǎn)換器
圖6 升壓-降壓轉(zhuǎn)換器ADI LT8386
表3 使用升壓-降壓轉(zhuǎn)換器作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡取舍
升壓-降壓LED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)
升壓-降壓LED驅(qū)動(dòng)器的權(quán)衡取舍
應(yīng)用
電池直接向LED轉(zhuǎn)換
效率較低
遠(yuǎn)光燈/近光燈
LED電壓可能高于或低于電源電壓
更低的帶寬(<fSW的1/20)
轉(zhuǎn)向燈
良好的EMI性能
更高的額定電感電流
日間行車燈
可使用矩陣來(lái)短接整個(gè)燈串
無(wú)法將輸出短接到地
同一輸出上有多個(gè)燈串
使用升壓轉(zhuǎn)換器的降壓模式
一些升壓LED驅(qū)動(dòng)器可配置為從電源降壓(而不是在標(biāo)準(zhǔn)降壓模式下以地為參考),從而構(gòu)成降壓模式配置。這種配置與降壓模式具有同樣的局限性,即LED串的總電壓必須低于輸入電源電壓。
圖7 降壓模式轉(zhuǎn)換器
圖8 降壓模式示例:ADI LT3756-2
表4 使用降壓模式轉(zhuǎn)換器作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡取舍
降壓模式LED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)
降壓模式LED驅(qū)動(dòng)器的權(quán)衡取舍
應(yīng)用
良好的EMI性能
輸入電壓必須高于LED電壓
遠(yuǎn)光燈/近光燈
可使用矩陣來(lái)短接整個(gè)燈串
大多數(shù)汽車系統(tǒng)需要預(yù)升壓調(diào)節(jié)器
轉(zhuǎn)向燈
可將同一驅(qū)動(dòng)器用于多種應(yīng)用
無(wú)法將輸出(LED陰極)短接到地
日間行車燈
降壓-升壓轉(zhuǎn)換器
降壓-升壓LED驅(qū)動(dòng)器通過(guò)高于或低于LED串總電壓的電源調(diào)節(jié)LED電流。該轉(zhuǎn)換器在降壓模式下調(diào)節(jié)連接到輸入電壓的高壓側(cè)開關(guān),在升壓模式下調(diào)節(jié)輸出側(cè)的低壓側(cè)開關(guān)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最復(fù)雜,但也是最靈活的。VIN和VOUT的范圍僅受控制器IC的限制。對(duì)于矩陣型應(yīng)用,這是一種不錯(cuò)的選擇。
圖9 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器
圖10 降壓升壓示例: LT8391
表5 使用降壓-升壓轉(zhuǎn)換器作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡取舍
降壓-升壓LED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)
降壓-升壓LED驅(qū)動(dòng)器的權(quán)衡取舍
應(yīng)用
最通用的拓?fù)?/p>
至少需要兩個(gè)開關(guān)和兩個(gè)續(xù)流二極管
遠(yuǎn)光燈/近光燈
可使用矩陣來(lái)短接整個(gè)燈串
通常情況下,轉(zhuǎn)換效率最低
轉(zhuǎn)向燈
可將同一驅(qū)動(dòng)器用于多種應(yīng)用
通常情況下,EMI性能最低(差)
日間行車燈
短路安全系統(tǒng)
結(jié)論
汽車LED照明系統(tǒng)可通過(guò)多種不同的方式使用開關(guān)穩(wěn)壓器驅(qū)動(dòng)。根據(jù)應(yīng)用的不同,照明設(shè)計(jì)人員可通過(guò)選擇開關(guān)拓?fù)浜团渲?,針?duì)整個(gè)汽車的不同照明要求,設(shè)計(jì)完整的子系統(tǒng)。顯然,為系統(tǒng)選擇正確的功率轉(zhuǎn)換開關(guān)拓?fù)浜团渲?,無(wú)疑會(huì)優(yōu)化復(fù)雜性、效率、EMI和安全性等要求。
關(guān)于作者
Josh Caldwell曾在凌力爾特(現(xiàn)在為ADI公司的一部分)工作了10年,目前擔(dān)任設(shè)計(jì)工程部門主管,負(fù)責(zé)單芯片降壓、升壓和控制器LED驅(qū)動(dòng)器的定義、設(shè)計(jì)和開發(fā)工作。他擁有科羅拉多大學(xué)電氣工程學(xué)士學(xué)位。業(yè)余時(shí)間,他喜歡騎自行車和繪畫。
LED不同于傳統(tǒng)的帶有燈絲或氣體成分的電燈。利用特定的半導(dǎo)體結(jié),LED制造商可以生成整個(gè)可見光范圍的特定顏色的光,以及紅外線和紫外線。在汽車應(yīng)用中,LED可以提高白天和夜間駕駛的安全性。效率的提高可以延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的電池壽命,而在單個(gè)系統(tǒng)中使用多個(gè)LED可以避免單一部件的故障問(wèn)題。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202209/438328.htm由于其多功能性,LED能夠以多種不同的方式驅(qū)動(dòng)。由于LED的輸出有良好的照明控制,因此LED負(fù)載與電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)負(fù)載不同。LED只靠通過(guò)半導(dǎo)體結(jié)的精確控制電流來(lái)發(fā)光,而端口到系統(tǒng)接地(或汽車系統(tǒng)中的底盤)的相對(duì)電壓則與此無(wú)關(guān)。因此,LED系統(tǒng)可以利用開關(guān)技術(shù)提供的不同拓?fù)洹?/p>
如何為汽車LED系統(tǒng)選擇正確的開關(guān)拓?fù)?/strong>
汽車系統(tǒng)中特定開關(guān)拓?fù)涞倪x擇關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì);應(yīng)考慮最小輸入電壓、最大串電壓、底盤回路能力、短路輸出能力、最大輸入電流、輸出/LED電流和PWM調(diào)光。
降壓(Buck)轉(zhuǎn)換器
降壓LED驅(qū)動(dòng)器通過(guò)高于LED串總電壓的電壓調(diào)節(jié)LED串中的電流。降壓LED驅(qū)動(dòng)器可以安全地短接至系統(tǒng)接地,確保其本質(zhì)安全。它們具有底盤回流的能力(一條線用于供電),并且可以輕松適應(yīng)矩陣或動(dòng)畫應(yīng)用。圖1和圖2中的示例原理圖顯示了控制器調(diào)節(jié)高壓側(cè)開關(guān)進(jìn)行電流控制的基本系統(tǒng)圖。
圖1 降壓轉(zhuǎn)換器
圖2 降壓轉(zhuǎn)換器示例:ADI LT3932
降壓LED驅(qū)動(dòng)器需要具備幾個(gè)關(guān)鍵特性:固定頻率操作、通過(guò)出色的開關(guān)控制和低電阻開關(guān)實(shí)現(xiàn)高效率、在整個(gè)模擬調(diào)光范圍內(nèi)提供高精度,以及為獲得出色的EMI,適當(dāng)設(shè)計(jì)擴(kuò)頻調(diào)頻。
表1 使用降壓轉(zhuǎn)換器作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡取舍
降壓LED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn) | 降壓LED驅(qū)動(dòng)器的權(quán)衡取舍 | 應(yīng)用 |
接地?zé)舸?底盤回路 | 輸入電壓必須高于LED電壓 | 遠(yuǎn)光燈/近光燈 |
矩陣開關(guān)可以并聯(lián)整個(gè)燈串 | 大多數(shù)汽車系統(tǒng)需要預(yù)升壓調(diào)節(jié)器 | 轉(zhuǎn)向燈/動(dòng)畫 |
更高的帶寬(>fSW的1/5) | 矩陣式前照燈 | |
出色的EMI性能 | 短路安全系統(tǒng) | |
最小電感尺寸 |
升壓(BOOST)轉(zhuǎn)換器
升壓LED驅(qū)動(dòng)器通過(guò)低于LED串總電壓的電壓調(diào)節(jié)LED串中的電流。這在很多汽車系統(tǒng)中很有用,其中很多LED都需要在單個(gè)串中導(dǎo)通。典型的12V汽車系統(tǒng)的工作電壓范圍為6V至18V,這需要將LED驅(qū)動(dòng)器的電壓降到6V,從而為L(zhǎng)ED提供較大的升壓比,以保持點(diǎn)亮。圖3和圖4中的示例原理圖顯示了控制器調(diào)節(jié)低壓側(cè)開關(guān)進(jìn)行電流控制的基本系統(tǒng)圖。
圖3 升壓轉(zhuǎn)換器
圖4 升壓轉(zhuǎn)換器示例:LT8356-1
表2 使用升壓轉(zhuǎn)換器作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡取舍
升壓LED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì) | 升壓LED驅(qū)動(dòng)器的權(quán)衡取舍 | 應(yīng)用 |
接地-底盤回路 | 輸入電壓必須高于LED電壓 | 遠(yuǎn)光燈/近光燈 |
通常情況下總值最小 解決方案尺寸 | 更低的帶寬(<fSW的1/20) | 平視顯示器 |
良好的EMI性能 | 更高的額定電感電流 | 背光 |
電池直接向LED轉(zhuǎn)換 | 無(wú)法將輸出短接到地 |
使用升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行升壓-降壓
一些升壓LED驅(qū)動(dòng)器可配置為將LED陰極返回電源。這種配置稱為降壓-升壓??傒敵鲭妷簽閂IN (VBATTERY),該電壓加到LED串總電壓中。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)高于、低于或等于電源電壓的LED串。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局限性是只受轉(zhuǎn)換器的限制--低端受控制器IC的最小電源電壓限制,高端受控制器IC的最大輸出電壓限制。
圖5 升壓-降壓轉(zhuǎn)換器
圖6 升壓-降壓轉(zhuǎn)換器ADI LT8386
表3 使用升壓-降壓轉(zhuǎn)換器作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡取舍
升壓-降壓LED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì) | 升壓-降壓LED驅(qū)動(dòng)器的權(quán)衡取舍 | 應(yīng)用 |
電池直接向LED轉(zhuǎn)換 | 效率較低 | 遠(yuǎn)光燈/近光燈 |
LED電壓可能高于或低于電源電壓 | 更低的帶寬(<fSW的1/20) | 轉(zhuǎn)向燈 |
良好的EMI性能 | 更高的額定電感電流 | 日間行車燈 |
可使用矩陣來(lái)短接整個(gè)燈串 | 無(wú)法將輸出短接到地 | 同一輸出上有多個(gè)燈串 |
使用升壓轉(zhuǎn)換器的降壓模式
一些升壓LED驅(qū)動(dòng)器可配置為從電源降壓(而不是在標(biāo)準(zhǔn)降壓模式下以地為參考),從而構(gòu)成降壓模式配置。這種配置與降壓模式具有同樣的局限性,即LED串的總電壓必須低于輸入電源電壓。
圖7 降壓模式轉(zhuǎn)換器
圖8 降壓模式示例:ADI LT3756-2
表4 使用降壓模式轉(zhuǎn)換器作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡取舍
降壓模式LED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì) | 降壓模式LED驅(qū)動(dòng)器的權(quán)衡取舍 | 應(yīng)用 |
良好的EMI性能 | 輸入電壓必須高于LED電壓 | 遠(yuǎn)光燈/近光燈 |
可使用矩陣來(lái)短接整個(gè)燈串 | 大多數(shù)汽車系統(tǒng)需要預(yù)升壓調(diào)節(jié)器 | 轉(zhuǎn)向燈 |
可將同一驅(qū)動(dòng)器用于多種應(yīng)用 | 無(wú)法將輸出(LED陰極)短接到地 | 日間行車燈 |
降壓-升壓轉(zhuǎn)換器
降壓-升壓LED驅(qū)動(dòng)器通過(guò)高于或低于LED串總電壓的電源調(diào)節(jié)LED電流。該轉(zhuǎn)換器在降壓模式下調(diào)節(jié)連接到輸入電壓的高壓側(cè)開關(guān),在升壓模式下調(diào)節(jié)輸出側(cè)的低壓側(cè)開關(guān)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最復(fù)雜,但也是最靈活的。VIN和VOUT的范圍僅受控制器IC的限制。對(duì)于矩陣型應(yīng)用,這是一種不錯(cuò)的選擇。
圖9 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器
圖10 降壓升壓示例: LT8391
表5 使用降壓-升壓轉(zhuǎn)換器作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡取舍
降壓-升壓LED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì) | 降壓-升壓LED驅(qū)動(dòng)器的權(quán)衡取舍 | 應(yīng)用 |
最通用的拓?fù)?/p> | 至少需要兩個(gè)開關(guān)和兩個(gè)續(xù)流二極管 | 遠(yuǎn)光燈/近光燈 |
可使用矩陣來(lái)短接整個(gè)燈串 | 通常情況下,轉(zhuǎn)換效率最低 | 轉(zhuǎn)向燈 |
可將同一驅(qū)動(dòng)器用于多種應(yīng)用 | 通常情況下,EMI性能最低(差) | 日間行車燈 |
短路安全系統(tǒng) |
結(jié)論
汽車LED照明系統(tǒng)可通過(guò)多種不同的方式使用開關(guān)穩(wěn)壓器驅(qū)動(dòng)。根據(jù)應(yīng)用的不同,照明設(shè)計(jì)人員可通過(guò)選擇開關(guān)拓?fù)浜团渲?,針?duì)整個(gè)汽車的不同照明要求,設(shè)計(jì)完整的子系統(tǒng)。顯然,為系統(tǒng)選擇正確的功率轉(zhuǎn)換開關(guān)拓?fù)浜团渲?,無(wú)疑會(huì)優(yōu)化復(fù)雜性、效率、EMI和安全性等要求。
關(guān)于作者
Josh Caldwell曾在凌力爾特(現(xiàn)在為ADI公司的一部分)工作了10年,目前擔(dān)任設(shè)計(jì)工程部門主管,負(fù)責(zé)單芯片降壓、升壓和控制器LED驅(qū)動(dòng)器的定義、設(shè)計(jì)和開發(fā)工作。他擁有科羅拉多大學(xué)電氣工程學(xué)士學(xué)位。業(yè)余時(shí)間,他喜歡騎自行車和繪畫。
評(píng)論