5個(gè)汽車電子系統(tǒng)LED驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用案例
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在并聯(lián)燈組陣列中，配置LED通過允許LED功率級(jí)在12V~14V軌道下直接運(yùn)行，極大地簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但并聯(lián)/串聯(lián)組合也同樣具有一些缺點(diǎn)。在查看LED制造商數(shù)據(jù)表時(shí)，可以注意到兩個(gè)重要的事實(shí)：LED的光輸出與流經(jīng)的電流成正比，LED的動(dòng)態(tài)電阻隨著VF而變化。制造商按VF、光通量和顏色對(duì)LED分級(jí)。例如，典型的VF級(jí)別可能包含范圍從3.27V到3.51V的LED,所有級(jí)別的整個(gè)范圍可以從2.8V到4.2V.由于LED制造商通常向客戶銷售多個(gè)級(jí)別的LED,關(guān)注成本的設(shè)計(jì)師依賴所有LED都具有緊密VF分布是不實(shí)際的。
下例顯示了VF變化的影響。在實(shí)驗(yàn)中，使用圖9所示兩種設(shè)置收集數(shù)據(jù)。一種設(shè)置用于4個(gè)LED，另一種設(shè)置用于并聯(lián)的4個(gè)LED。表1所示數(shù)據(jù)在25℃加電后5秒內(nèi)測(cè)得，以最大限度降低LED自發(fā)熱的影響、
圖9實(shí)驗(yàn)性設(shè)置
表1多電流源設(shè)置（左）和單電流源設(shè)置（右）的數(shù)據(jù)
從這些數(shù)據(jù)可以明顯看出LEDVF變化在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)將導(dǎo)致不均勻電流分布。即使對(duì)于分級(jí)的LED,也可以看到類似的影響，并聯(lián)陣列中各串聯(lián)燈組的電流分布不均。改進(jìn)并聯(lián)燈組間電流分布的一種方式是向各燈組增加鎮(zhèn)流電阻器。這有助于使電流分布均勻化，但存在的主要問題是由于鎮(zhèn)流電阻器的功耗而降低了效率。
根據(jù)具體的設(shè)計(jì)，上述問題的影響可能可以忽略。但是，如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)師對(duì)上述影響存有顧慮，可以采用單個(gè)串聯(lián)燈組作為首選拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這種解決方法中，仍可以使用LM3406等部件，但將增大系統(tǒng)復(fù)雜性，因?yàn)樾枰虑岸瞬考糜趥鬏敵?2V~14V的電源電壓為LED驅(qū)動(dòng)器供電。然后，LED驅(qū)動(dòng)器降低此新電壓，為單個(gè)LED燈組供電。這可以通過在直流電源和LM3406之間增加升壓DC/DC功率級(jí)輕松實(shí)現(xiàn)，如圖10所示。通過此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，串聯(lián)燈組中的所有LED均具有相同的電流，無論各LED的VF值是多少。
圖10升壓和降壓組合
還需要注意的一個(gè)問題是為什么應(yīng)包含降壓功率級(jí)，而不是直接使用升壓穩(wěn)壓器運(yùn)行LED。這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的重要區(qū)別是輸出電容器：升壓穩(wěn)壓器需要輸出電容器，而降壓穩(wěn)壓器可以使用或不使用輸出電容器操作。如果設(shè)置中使用輸出電容器，即使在穩(wěn)壓器已進(jìn)入調(diào)光模式并停止向LED供電后，仍可以為L(zhǎng)ED輸送電流一段時(shí)間。因此，在LED輸出實(shí)際停止前，還需要額外的時(shí)間使輸出電容器放電。在LED組中使用串聯(lián)開關(guān)仍可以實(shí)現(xiàn)有效調(diào)光，但這需要附加的調(diào)光FET以及更復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)器集成電路和/或增加外部部件。
除了調(diào)光復(fù)雜性以外，升壓穩(wěn)壓器還存在其他LED驅(qū)動(dòng)難題。升壓穩(wěn)壓器本身無法保護(hù)LED免受負(fù)載突降時(shí)產(chǎn)生的高線路電壓影響。在升壓/降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，降壓穩(wěn)壓器可以承受高電壓，而不會(huì)發(fā)生損壞甚至中斷正常工作。升壓穩(wěn)壓器還易受到開路（使VO的上升不受約束）和短路（在VO低于VIN時(shí)，IO失去控制）影響。最后，由于輸出電流是關(guān)于升壓轉(zhuǎn)換器占空比的函數(shù)，因此必須感應(yīng)電感器電流和LED電流，這也導(dǎo)致了驅(qū)動(dòng)器的復(fù)雜性增加。
總結(jié)
本文探討了多個(gè)汽車電子系統(tǒng)應(yīng)用示例及相應(yīng)的開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和兼容的美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體集成電路，其中，很多LED驅(qū)動(dòng)器集成電路都非常適合汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師進(jìn)行高效設(shè)計(jì)。
評(píng)論