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到2015年， 高亮度(HB)LED的市場規模預計將達到202 億美元( 數據來源：Strategies Unlimited)。驅動這種增長的關鍵應用領域之一是汽車設計中使用的LED，包括前燈、白天行車燈、剎車燈、儀表顯示板背光照明、各種車內梳妝照明等。這種令人驚嘆的增長速度不僅是因為LED具備高可靠性、低功耗以及更緊湊的外形尺寸，還因為LED能夠用來實現創新設計，例如可轉向前燈和防眩調光等。在汽車環境中，所有這些改進都必須優化，同時還要承受相對嚴苛的汽車電氣及物理環境的考驗。不用說，這些解決方案還必須非常扁平、占板面積非常緊湊，同時能夠提高總體性價比。 盡管LED用于白天行車燈、剎車燈、轉向指示燈和內部照明已經多年，但是少數特定于前燈的應用還是不久前才出現的，例如應用于奧迪A8和R8以及雷克薩斯LS600h的前燈。不過，在過去一年間，多家汽車制造商已經在其最流行的車型中引入了LED前燈。2014年，豐田為其最暢銷的卡羅拉車型引入了LED前燈，此外，豐田的其他幾款車型也采用了LED前燈。本田、日產、保時捷和奧迪也在大多數即將上市的車型中引入了LED前燈。很多人估計，2014年LED前燈市場規模將超過30億美元。 汽車照明系統設計師面臨的最大挑戰之一是怎樣充分發揮最新一代HB LED的所有優勢。HB LED一般需要一個準確和高效率的直流電流源和一種調光方法。LED驅動器IC設計必須能夠在多種條件下滿足這些要求。因此，電源轉換解決方案必須效率非常高、功能非常可靠，同時必須非常緊湊，并具有很高的性價比。可以說，就驅動HB LED而言，要求最嚴苛的應用之一就是汽車前燈應用，因為這類應用須承受嚴苛的汽車電氣環境的考驗，必須提供很大的功率(一般情況下為50W～75W)，必須能夠放進熱量和空間都受限的外罩中，與此同時還必須保持富有吸引力的成本結構。 汽車LED前燈 尺寸小、壽命極長、低功耗、強大的調光能力等優勢是HB LED前燈得到廣泛采用的催化劑。幾年前，奧迪、戴姆勒、雷克薩斯等汽車制造商都開始采用LED，以設計非常與眾不同的行車燈或前燈的“眉毛”，以此彰顯其品牌的與眾不同。在謳歌的寶石眼設計、保時捷的4象限設計以及無數新出現的設計中，LED前燈設計都體現了類似的趨勢。 將LED用于汽車前燈有幾種積極影響。首先，這種前燈不需要更換，因為其固態器件壽命超過10萬小時(11.5年使用年限)，這超過了車輛的使用壽命。因此汽車制造商可以永久性地將LED嵌入到前燈設計中，而無需考慮更換問題。這使前燈的款式能夠有很大的變化，因為LED照明系統不需要氙氣燈(HID)或鹵素燈那樣的深度或面積。在靠輸入電功率提供光輸出(以流明為單位)時，HB LED的效率也比鹵素燈高(而且不久就將高于HID ) 。這有兩個方面的積極影響。首先，LED照明系統從汽車總線消耗的電功率較低，這在電動型汽車和混合動力汽車中尤其重要，而同等重要的是，LED照明系統減少了需要從外殼散出的熱量，從而無需任何笨重、昂貴的散熱裝置。最后，通過使用HB L E D陣列，并以電子方式改變其方向或對其進行調光，這樣的解決方案可設計成在很多不同的行駛條件下優化照明。 設計參數 為了確保最佳性能和較長的工作壽命，LED需要一種有效的驅動電路。這類驅動器IC必須提供準確的直流電流源，而且無論輸入電源的變化范圍有多寬，都要提供嚴格控制的LED電壓調節。汽車電池總線中見到的極端電壓范圍為冷發動/啟停情況下的4.7V至負載突降情況下的60V。但更常見的是，電池總線電壓在通常情況下工作在9V～16V。因為很多這類新型LED前燈應用使用4至8個串聯HB LED，且電壓降為12V～25V，而電池總線電壓范圍可能為4.7V～60V，所以需要升降壓拓撲給LED供電，其原因是輸入電壓可能高于、低于或等于所需的LED串電壓。其次，LED驅動器必須提供一種調光方法，并提供多種保護功能，以防遭遇LED開路或短路問題。除了可在電氣環境十分嚴苛的汽車電源總線可靠工作，LED驅動器還必須具備高性價比和占用空間小的特點。 一種新型同步升降壓HB LED驅動器 凌力爾特公司的LT3791 LED驅動器可以應對上述困境。LT3791是一款同步升降壓DC/DC LED驅動器和電壓控制器，可提供超過100W的LED功率。其4.7V～60V輸入電壓范圍使該器件非常適合多種應用，包括汽車、卡車，甚至航空電子設備的HB LED前燈。同樣，其輸出電壓可以在0V～60V范圍內設置，從而使其能夠在單串中驅動多個LED。 圖1所示為一個典型50W前燈應用。該應用使用單個電感準確地調節25V/2ALED串，提供50W LED功率。這個電路提供50:1 PWM調光比，能很好地滿足防眩光自動調光要求。輸入和輸出LED電流受到監視，同時提供故障保護，以承受并報告開路或短路LED情況。 圖1：具50:1調光比、效率達98%的50W(25V、2A)升降壓LED驅動器。 其內部4開關升降壓控制器能夠在高于、低于或等于輸出電壓的輸入電壓下工作，非常適合汽車應用。降壓、直通和升壓工作模式之間的轉換是無縫的，盡管電源電壓變化范圍很寬，也能提供良好穩定的輸出。LT3791的獨特設計采用3個控制環路，監視輸入電流、LED電流和輸出電壓，從而提供最佳的性能和可靠性。 LT3791采用4個外部開關MOSFET，能夠以高達98%的效率連續提供從5W直至超過100W的LED功率，參見圖2。在以常規方法供電的車輛中，高效率很重要，可最大限度降低對散熱措施的需求，實現占板面積非常緊湊的扁平解決方案。而在電動汽車中，這種功率節省還延長了兩次充電之間車輛可行駛的里程。 圖2：圖1中的LED效率。 ±6%的LED電流準確度確保了一個LED串中的每個LED都有恒定亮度，同時，±2%的輸出電壓準確度可用來提供幾種LED保護功能，而且還使轉換器能夠作為恒定電壓源工作。LT3791可按照應用要求，使用模擬或PWM調光。此外，其開關頻率可在200kHz～700kHz設定，或同步至一個外部時鐘。其他功能包括輸出斷開、輸入和輸出電流監視，以及集成的故障保護。 結論 人們對LED提供更高性能和更高性價比的需求永不滿足，這促使了多種新車型迅速采用LED前燈。新型HB LED驅動器IC滿足了這些需求。這些新型LED驅動器必須提供恒定電流，無論輸入電壓或LED正向電壓如何變化，都能保持一致的亮度。同時，它們必須以高效率工作，提供范圍非常寬的調光比，并且提供各種保護功能，以提高系統可靠性。當然，這些LED驅動器電路還必須提供占板面積非常緊湊、扁平和高熱效的解決方案。凌力爾特公司不斷重新定義其LED驅動器系列，用LT3791等HB LED驅動器IC應對這些挑戰。此外，凌力爾特也已開發了一整套大電流LED驅動器IC系列，專門針對汽車應用，包括前燈正向照明和LCD背光照明等。在汽車照明系統不斷需要更高性能LED驅動器的情況下，設計師將有滿足需要的創新IC解決方案。 |
