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汽车照明的各种LED驱动器方案介绍

近年来,跟着LED在光效及资源等险些各个方面的持续改进,其利用领域赓续拓宽,从传统的便携设备背光向中大年夜尺寸LCD显示器/液晶电视背光、汽车及通用照明等领域赓续迈进。本文将专门先容得当于汽车照明利用的各类LED驱动器规划,并探究一些范例利用。

LED为汽车照明利用供给浩繁上风

LED在汽车中的利用领域异常广泛,但可以简单归纳为内部照明及外部照明(拜见图1)。外部照明有如前照灯、尾部照明等,内部照明包括内部便利及舒适照明和仪表盘背光等。

图1:多种多样的汽车LED照明利用

推动汽车LED照明利用的身分很多。曩昔照灯为例,采纳LED作为光源拥有浩繁上风:

利于机动或新颖的造型设计——LED物理尺寸很小,能用于开拓极紧凑、极薄的模块。与卤素灯和氙气灯比拟,多串LED模块必要更小、更简单的透镜和光扩散片硬件。且多个LED光源的光更易于导向,大年夜大年夜减轻工程设计对造型的影响。

光强度及能效赓续提升——LED光强度处于极快的提升曲线上,出现出每18至24个月光通量将会翻一番的趋势。LED光输出已经跨越卤素灯,未来LED实际光效机能还将能氙气灯相匹敌。

高靠得住性及长命命——只要为LED前照灯模块进行有效的热治理以维持较低的结温,并保护其免受开关导通/关闭、调光时代可能呈现的电流尖峰和电池脉冲的影响,期望它们在汽车全部寿命周期内持续应用就并非不切实际。

显明节能——与其它规划比拟,LED前照灯应用的燃料/能源要少得多。应用高能效智能电源技巧/芯片,而非需多个外部元件的一样平常IC,可以更节能。

是以,LED在汽车照明中的利用日渐增多,且被浩繁汽车制造商算作设计卖点。

利用于汽车照明的LED驱动器规划对照

LED在汽车照明中的利用多种多样,不合利用对LED电流的要求又各不相同,故必要结合详细利用要求,选择得当的LED驱动器规划。

LED驱动规划的一项主要功能是在多种事情前提下稳流,而不论输入前提若何及正向电压若何变更。驱动规划必须相符能效、形状因数、资源及安然性方面的利用要求。同时,所选规划必须易用及足够强固,从而适应特定利用的严格情况。

汽车利用中的范例LED驱动器规划包括电阻、线性LED驱动器、开关LED驱动器及立异的照明治理LED驱动器等。一样平常而言,根据利用中LED电流大年夜小的不合,在20到200 mA的低电流利用中,可以选用分立元件(即电阻)或线性驱动规划;在200至500 mA的中等电流利用中,可以选用线性或开关驱动器规划;而在大年夜于500 mA的大年夜电流利用中,一样平常选择开关驱动器规划。

实际上,电阻是最简单、最低资源的LED限流规划,然则它们并不“稳流”,只是在LED正向电压变更及输入电源电压变更并导致电流变更从而引起LED亮度变异时,简单地限定LED最大年夜电流。虽然这种规划的资源低,但能效也最低,且存在着LED筛选资源及热掉控等问题。

CCR是一种比电阻规划机能更高但资源又低于线性驱动器或开关驱动器的规划,得当于电流小于200 mA的低电流LED照明利用。CCR廉价并强固,在宽电压范围下供给恒定亮度,在输入电压较高时保护LED免受过驱动,且在低电池电压前提下仍供给较高亮度。这种规划能够削减或打消LED筛选孕育发生的库存,使规划总资源更低。CCR最大年夜事情电压达50 V,能够遭遇电池负载突降。CCR供给SOD123、SOT123及DPAK等不合封装,能在严格热心况下事情(125℃),负温度系数特点在高情况温度前提下保护器件本身及LED。此外,CCR不孕育发生电磁滋扰,易于设计。

线性稳压器支持多条线路并行设置设置设备摆设摆设以扩散热耗散,供给达±2%的稳流精度,无电磁滋扰(EMI)问题,资源中等,但能效也较低。而凭借高能效及机动等上风,开关稳压器广泛应用。这种规划资源更高,技巧更繁杂,但也供给显明上风,如支持任何类型的输入电压与输出电压关系,且根据输入/输出前提,能效能够高于90%。与线性驱动器不合,它们对EMI很敏感,给设计职员带来必要留意的设计约束。

值得一提的是,除了这些常见的LED驱动器规划,安森美半导体推出了高集成LED照明治理集成电路(IC)。这些照明治理集成了多种LED驱动及节制功能,相称于一个完备子系统,能够遭遇高达125℃的情况温度,用于汽车前照灯、组合尾灯及最新的高档前照灯系统(AFS)等利用,后文将会具体论及。

范例汽车利用LED驱动器产品及其利用

1)得当低电流LED利用的CCR

安森美半导体运用专利自偏置晶体管(SBT)技巧开拓出了NSI45系列CCR(拜见图2)。这系列CCR包孕双端固定输出和三端可调节输出两种类型,电流等级涵盖10至180 mA。此中三端可调节输出CCR包括电流30至80 mA(SOT-223)及60至150 mA(DPAK)等不合选择,能够用于满意特定电流设置要求。

图2:双端及三端CCR电路

CCR易于设计,得当高边(High-side)及低边(Low-side)利用;既能用单个CCR驱动1串或多串LED,也能并联多个CCR驱动一串或多串LED(详见参考资料1)。

图3:CCR汽车中央高位泊车灯(CHMSL)利用电路图

2)针对背光、内部照明节制及尾灯等利用的线性LED驱动器

在线性驱动器规划,范例产品包括安森美半导体的NUD4001及NUD4011线性LED驱动器,两款器件的额定输入电压范围分手为6至30 V和48至200 V,额定输出电流分手为高达500 mA和高达70 mA,在汽车中的利用领域包括尾灯、偏向灯、刹车灯及车顶灯等。这两款器件的设计均用于在交流-直流利用中替代分立规划,设计职员能够使用外部电阻针对不合LED阵列设置驱动电流。不合的是,NUD4001得当于5 V、12 V或24 V的低压利用,而NUD4011则最高支持200 V电压。图4显示的是NUD4001在汽车泊车灯中的利用。

而在要求驱动大年夜电流的高亮度LED汽车照明利用中,可以采纳安森美半导体的CAT4101高亮度线性LED驱动器。CAT4101能驱动一串电流高达1 A的高亮度LED,且满载时的压降仅为极低的0.5 V。这种简单规划不要求电感,打消开关噪声,将元件数量减至起码,并简化设计。

图4:NUD4001在汽车泊车灯中的利用示例

3)涵盖降压、升压及降压-升压等不合设置设置设备摆设摆设的LED开关驱动器

驱动LED的开关稳压器的能效一样平常介于50%至90%之间,涉及降压、升压及降压-升压等不合拓扑布局,考究EMI节制措施,主要用于汽车内部照明、泊车灯、雾灯、白昼行车灯及侧面标志灯等利用。安森美半导体利用于汽车LED照明的开关稳压器产品如表1所示。

此中,范例升压节制器有如NCV8871。这是是一款带多功能启用(Enable)/同步(SYNC)引脚、能以外部时钟同步的升压节制器,用于驱动外部N沟道MOSFET。这器件可在3.5 V至 40 V的宽电池电压范围前提下事情,专门用于-40℃至150℃结温,在事情温度前提下供给±2.0%的输出电压精度,并供给低关闭电流(范例值小于10μA),赞助低落电能耗损。

在降压开关驱动器方面,包括NCV8842、NCV8843及NCV51411等产品,得当于车身/远程信息系统等利用。NCV8842/3是携同步功能的1.5 A、170/340 kHz降压驱动器,支持4.5 V至40 V输入电压,而输出电压可从1.27 V开始编程设定。同步引脚功能用于改良EMI机能。NCV5141x(如NCV51411及NCV51413)是CS5141x针对汽车利用的版本,供给高能效,在9到15 V输入电压前提下,以700 mA电流驱动2颗正向压降为3.5 V LED的能效基础高于85%。另一款支持4.5至45 V输入电压的汽车级同步降压节制器以致在宽负载电流前提下供给高于93%的能效,且在休眠模式下的最大年夜静态电流仅为1μA。

表1:安森美半导体利用于汽车LED照明的开关稳压器产品

此外,安森美半导体还供给多款能用于汽车LED照明的多拓扑布局开关驱动器,包括NCV33063AV、NCV3065及NCV3163等。此中,NCV33063AV和NCV3065均支持最大年夜1.5 A电流,能够设置设置设备摆设摆设为降压、升压、SEPIC或降压-升压等拓扑布局,得当汽车内部照明利用。NCV3065亦可用于内部照明,针对的是对资源异常敏感的利用,假如要求更高电流,还能设置设置设备摆设摆设为节制器。NCV3163则是一款最大年夜电流3.4 A的单片开关稳压器,使系统设计职员能够以最小数量的外部元件利用降压、升压或降压-升压(电压反转)拓扑布局。

4)针对前照灯及组合尾灯等利用的高集成度照明治理IC

汽车的前照灯包括不合细分领域,如白昼行车灯(DRL)、近光及远光灯、旌旗灯号灯和雾灯等。前照灯中最早利用LED的这天前行车灯。而跟着高亮度LED的资源持续低落及机能持续提升,越来越多的新车设计正更广泛地将LED用于其它前照灯领域,如近光及远光灯、旌旗灯号灯及雾灯等,以致使用LED供给光束整形、路面聚光(motorway spot)等新兴功能。

一样平常而言,汽车前照灯要求支持从单个LED到多串LED,电压可高达60 V;此外,还要求支持脉宽调制(PWM)调光(如用于示廓灯)、高集成度、高能效、LED串低电磁辐射、集成诊断及通信接口等。安森美半导体针对LED汽车前照灯系统开拓了NCV78663电源镇流器及双LED驱动器。NCV78663是先辈的高靠得住性、高能效的系统级芯片(SoC) LED驱动器,支持达2 A电流,供给高于90%的总能效,驱动高达60 V电压的多串LED,能以PWM调光保持色温及节制匀称电流,使设计职员能够以一颗高集成度的SoC节制远光灯及近光灯、白昼行车灯、转向唆使灯及雾灯,所需外部元件极少。这器件经由过程SPI接口与外部微节制器通信,在上电后动态地节制系统参数、检测LED事情状态并反馈诊断信息。图5显示的是NCV78663在先辈的汽车前照灯利用中的电路图。

图5:a) 汽车LED前照灯利用图例; b)基于NCV78663的汽车LED前照灯利用电路图

对付汽车尾灯利用而言,可以根据利用需求的不合,采纳CCR这样的低资源低电流LED驱动规划,也可以采纳供给更高机能、更高能效等级的高集成度等级办理规划,如安森美半导体的高集成度线性电流稳流及节制器NCV7680。这器件包孕8路线性可编程恒流源,其设计用于汽车组合尾灯的稳流和节制,每通道最高可输出75 mA的LED驱动电流。NCV7680因为功能高度集成,使工程师能轻松地实现两个亮度等级,此中一个用于泊车,另一个用于尾部照明。假如必要,也可利用可选的PWM节制。设计职员仅必要一个外部电阻就可以设定所有通道的输出电流。事情温度范围为-40℃至+150℃。

图6:a) LED组合尾灯图例; b)NCV7680在LED组合尾灯中的利用电路图。

GreenPoint网上设计仿真对象加快汽车LED照明设计

安森美半导体身为利用于高能效电子产品的重要高机能硅规划供应商,针对汽车 LED照明利用供给完备的系统规划,包括电源、MOSFET、整流器、保护、滤波器及热治理产品等。此外,为了赞助设计职员加快LED照明设计,安森美半导体还供给GreenPoint网上设计仿真对象,让设计职员坐在事情台前,即可以轻松地经由过程“选定LED驱动器”、“确定设计要求”、“自动孕育发生设计电路图”、“仿真及验证”、“孕育发生物料单及申报”、“下载申报为PDF文件”及“保存文件和分享”等几个步骤,大年夜幅缩短开拓光阴,加快产品上市进程。

这网上设计对象今朝已经支持多款安森美半导体的高能效LED驱动器产品的利用设计,此中支持的汽车利用 LED驱动器包括NSI45系列的多款器件,后续还将支持更多产品。

总结:

跟着LED机能赓续提升机能及资源赓续低落,在汽车内部及外部照明中的利用领域越来越宽。设计职员必要针对详细利用选择得当的LED驱动器规划,如线性恒流稳流器、线性稳压器或开关稳压器等。安森美半导体身为利用于高能效电子产品的重要高机能硅规划供应商,供给利用于汽车照明、经由过程AEC Q100认证、涵盖从低电流到大年夜电流的完备LED驱动器产品线,此中还包括新近推出的系列高集成度、高能效的照明治理集成电路,方便设计职员根据详细利用要求,选择得当的汽车LED驱动器办理规划。

滥觞;电子工程网

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