汽车LED照明系统的设计方案

引言

与目前的汽车内部和外部照明解决方案相比，LED 照明有很多优势，如性能更高、寿命更长、成本更低等，这种照明方式提高了汽车照明的美感和性能。直接用汽车电池驱动LED需要一个DC/DC转换器来调节一个恒定的LED电流，并保护LED免受变幻莫测的汽车电池总线影响。这种转换器还应该根据一串 LED 中所含 LED 的数量和 LED 的类型进行优化，也要根据前灯、尾灯和信号指示灯、内部阅读灯、仪表板或娱乐显示器照明等应用的功能而优化，需要优化的方面如下：

拓扑 ―― LED 电压与电池电压之间的关系决定采用降压、升压或降压-升压型拓扑，所选择的拓扑要能在整个电池电压范围内保持对LED电流的控制。

调光 ―― 大比例的 LED 调光必须在亮度等级上保持颜色特性不变，而且没有眼睛看得见的起伏或振荡。

效率 ―― 在非运行状态功率损耗消耗电池电量，而且在汽车这种热量压力已经很大的环境中，消耗的电量又转变成了热量。

驱动单个LED

车内白光顶灯和化妆灯可能采用一个或两个 3W LED，每个 LED 产生 75 至 100 流明的亮度。这些 LED 的典型正向电压范围为 3V 至 4.5V，最大电流为 1A 至 1.5A，例如 Lumileds 公司（www.lumileds.com）的 Luxeon III Star。最简单的 LED 驱动器设计采用降压型稳压器，直接用汽车电池驱动单个 LED。汽车电池的典型工作电压范围为 9V 至 16V（典型值为 12V）。一个消耗电量的电池在汽车起动之前电压也许降至 9V，汽车起动后交流发电机对其充电，使其电压回复到高达 14.4V。在冷车发动时，电池电压也许降至 4V，这时只有关键的电子电路必须工作。

在电池和底盘上不同位置之间的长电缆以及电子噪声环境使得汽车中总是存在高电压尖峰。在为汽车设计选择开关稳压器时，36V 瞬态是必须考虑的。常常用简单的保护二极管或滤波器来处理较高的电压尖峰。

中采用的 LT3471 转换器集成电路是一个高电压、大电流降压型LED转换器，该器件具有宽 PWM 调光比，可以驱动一个或多个 LED 电流高达 1A 。LT3471 的如下特点使其非常适用于在汽车环境中驱动 LED：

*它是一个专用的LED驱动器，具有片上高压开关和低压电流监测电阻，以最大限度地缩小电路板面积并简化设计，同时保持高效率。

*4V 至 36V 的宽输入电压范围允许该LED驱动器直接用汽车电池工作，同时提供恒定LED电流。

*其降压型拓扑和可调的宽频率范围允许利用小型、低成本、具高温度系数的陶瓷电容器提供低纹波LED电流。

LT3474 单 LED 降压型转换器的效率在 12VIN 时高于 80%。通过 VADJ 引脚进行模拟控制时，随着 LED 电流和亮度的降低，效率会下降，但是功耗仍保持很低。LT3474 为汽车和由电池供电的应用而定制，在置于停机状态时仅消耗低于 2uA（典型值为 10nA）的电流。停机还可以起到 LED 接通/断开按钮的作用，就像按钮或微控制器的作用一样。LT3475 LED 驱动器是 LT3474 的双通道版本，可以驱动电流均为 1.5A 的两个单独 LED 或 LED 串。

PWM 调光和亮度控制

把一个模拟电压输入连接至 VADJ 引脚或把一个数字 PWM 信号输送至 PWM 调光 MOSFET 的栅极和 PWM 引脚。简单的模拟亮度控制通过降低内部检测电阻上的电压，将恒定 LED 电流从 1A 降至更低的值，但是 LED 光线的颜色在低电流时会变化。调光比的实际限制大约为 10:1。

另一种降低亮度的方法是数字 PWM 调光。在 PWM 接通期间，LED 电流非常好地稳定在 1A。在 PWM 关断期间，LED 电流为零。这在降低亮度的同时保持了 LED 光线颜色和真彩特性。

PWM 功能在集成电路内部使得 LED 回归至编程电流值时，对 PWM 调光的响应非常快。LT3474 的最大数字 PWM 调光比为 250:1，这对内部照明来说是富富有余了。LT3475 可以高于 1000:1 的调光比调光。

LCD 显示器用 LED 串照明

GPS 导航和车内娱乐显示器在日光条件下需要使用明亮的 LED 串，而在夜间工作时又需要宽调光比。LED 串导致了与单个 LED 顶灯不同的难题。在这些显示器中，就较小的 LED 而言，多个由 6 至 10 个 LED 组成的 LED 串电流通常都较低（《150mA），但是积聚起来的电压却高于汽车电池电压。对这些显示器来说，具有高效率和 PWM 调光能力的大功率升压拓扑 LED 驱动器是必需的。

LT3486 双输出升压型 LED 驱动器的应用，它以 100mA 恒定电流驱动两串 LED，LED 电压高达 36V。这个升压型转换器用小的电压检测电阻与 LED 串和 PWM 调光 MOSFET 串联，并具有高效率。9V 至 16V 的整个电池电压范围低于 LED 串的电压。双通道 LED 驱动器驱动 20 个 LED 组成的两个 LED 串，同时保持最高开关电压低于该集成电路的 42V 额定值。20 个 LED 组成的单个 LED 串需要高得多的电压。

在电池工作电压范围内，效率大约为 90%。如果电池电压降至 4V，LT3486 仍会工作，但是视 LED 编程电流和 LED 数量而定，可能进入限流状态。该转换器停机时仅消耗低于 1uA（典型值为 100nA）的电流。LED 电流通过选择外部检测电阻值设定，选择检测电阻时基于非常低的 200mV 检测电阻电压以实现高效率。每个 LED 串的电流都可以用 CTRL 引脚上的模拟信号调节，最高调光比为 10:1，或者用 PWM 信号调节，以实现高得多的调光比。

就夜间观看极亮的显示器而言，LT3486 以其独特的内部 PWM 调光架构提供 1000:1 的 PWM 调光比。内部 LED 电流存储器具有超快 PWM 响应时间，可以低于 10us 的时间让 LED 电流从零返回到 100mA，以实现真彩 PWM 调光。在高端显示器中用两个 LT3486 驱动分别代表红、绿、绿、蓝（R-G-G-B）的 4 个 LED 串，可实现 1000:1 的调光比，并在非常暗的夜间工作环境保持显示器的真彩特性。

信号指示灯、尾灯和前灯照明

外部信号指示灯、尾灯和前灯需要最高功率的 DC/DC LED 驱动器，因为这些灯所用的 LED 最亮，数量也最多。尽管由于热量和稳流限制，极亮的 LED 前灯尚不常见，但是红色和黄褐色刹车灯和信号指示灯却因其美感和耐用性而变得越来越常见了。驱动大功率黄褐色和红色 LED 串给内部照明和照明微调带来了类似挑战，但是挑战的艰巨性是不同的。高调光比不是必需的，但是简单的接通/断开和高/低亮度功能是有用的。LED 串的电压常常超出汽车电池的电压范围，从而需要具有降压和升压、或降压-升压能力的 LED 驱动器。

这两个 LED 无需以地为基准，连接的两个端子一般是转换器的输出和电池输入。LT3477 有两个独特和具 100mV 浮动电流检测输入引脚，这引脚连接与 LED 串串联而且不以地为基准的电流检测电阻。在汽车电池的工作电压范围内以及低于这个范围时，在电流直到 1A 的情况下都可实现准确的 LED 稳流。LT3477 的停机引脚用于实现车灯的接通/断开功能，并在未使用时将输入电流降低到 1uA（典型值为 100nA）。IADJ 引脚用来为后部信号指示灯或刹车灯等刹车灯和尾灯应用实现高于 10:1 的模拟调光比。这类应用无需真彩 PWM 调光。

大功率 LED 驱动器 LTC3783 采用降压-升压型拓扑，驱动 6 至 10 个 3W 红光 LED，用于汽车尾灯应用。外部开关 MOSFET 和开关电流检测电阻为大功率和高压 LED 驱动器设计提供了最大的设计灵活性。如果电池电压降至低于 9V，那么 9V 至 36V 输入和在电流为 1.5A 时高达 25V 的LED 串输出需要 100V 的额定开关电压和高于 8A 的峰值开关电流能力。在整个汽车电池电压范围内，1.5A 恒定电池电流是良好稳定的。就刹车灯和尾灯调光而言，在 100Hz 时，可以用直接连接到 LTC3783 PWM 引脚的 PWM 信号降低 LED 电流，以实现高达 200:1 的调光比。在 1kHz 时，调光比降低至 20:1，这对尾灯应用来说已足够了。调节 ILIM 引脚也可以降低 LED 电流。

在功率最高的汽车应用中，高效率是最重要的。在这种应用中，具有高达 36W 的输出，93% 的效率可以降低刹车时对电池的消耗，尤其是在汽车未运行时，更是这样。用于刹车灯接通/断开控制的 RUN 引脚将 LED 电流降至 20uA。

通过将 LED 串连接到 GND 而不是 VIN 并将拓扑变为升压型，LTC3783 大功率 LED 驱动器的灵活性能够变成大功率升压型稳压器，以驱动高达 60W 的更高电压 LED 串。这需要 LED 串电压高于 36V 的电池电压最大值，而且需要在关闭车灯时，通过 PWM 引脚实现 LED 断接。使用非常亮的白光 LED 的高流明前灯应用不久就将采用这种具有升压型拓扑的大功率 LED 驱动器。

结论

很多汽车 LED 应用都需要专用的大功率、但简单和高效率的 LED 驱动器。根据应用的不同有不同的 LED 组合，但各种组合都需要在断开时具有低电流消耗、高 PWM和模拟调光比以及卓越的 LED 稳流能力。凌特公司提供多种不同的汽车 LED 驱动器，可以克服所有这些挑战。
来源；国际led网