单个2MHz降压-升压控制器驱动整个LED前照灯组

汽车 LED 大灯组将远光灯和近光灯、日间行车灯，有时还有信号灯和间隙灯组合成一个大灯组。集群的组件可能具有截然不同的驱动器要求，包括电压和电流要求、拓扑、功率水平或独特的调光功能。满足这一系列要求通常意味着采用单独的驱动器解决方案。使用多个驱动器不仅会使BOM和生产复杂化，而且难以满足EMI标准。每个额外的驱动器都会将其高频信号添加到EMI混音中，从而使EMI鉴定、故障排除和缓解变得复杂。

尽管每个汽车品牌和型号的前照灯组可能配备各种创造性的 LED 电流和电压，但它们通常最高为 30 W。考虑到这一点，应该有许多驱动程序可以满足群集中每个字符串的功率和功能要求。没有。这种驱动器需要采用相对较宽的电池电压范围，并使用降压-升压拓扑转换为各种串电压。它需要小巧且用途广泛，以便轻松适应集群的空间限制，并且必须产生很少的EMI，以最大限度地减少研发工作，并消除对昂贵的金属屏蔽EMI外壳的需求。它也应该是有效的。线性™ LT8391A 2 MHz 降压-升压控制器在满足所有这些要求方面独树一帜，因此可以使用单个控制器驱动整个前照灯组等。

LT8391A 具有低 EMI 的 2 MHz 同步控制器

LT8391A是同类产品中的首款，是一款用于LED电流调节的2 MHz降压-升压控制器。2 MHz 的极高开关速度支持在高功率 LED 应用中使用单个小电感器和小整体解决方案尺寸。与单片式转换器不同，单片式转换器的电源开关包含在IC封装中，LT8391A等控制器可以驱动峰值电流高得多的外部电源开关，例如10 A。这样的峰值电流会烧毁典型集成转换器的小型IC封装。相比之下，具有外部 3 mm × 3 mm 同步 MOSFET 的控制器可以提供更高的功率。这些 MOSFET 可与热回路电容器一起布置在狭小的区域内，以实现非常低的 EMI。独特的峰值开关电流检测放大器架构将检测电阻放置在功率电感器旁边，功率电感器位于关键输入和输出热环路之外，从而降低了EMI。可选的扩频频率调制 （SSFM） 进一步降低了控制器的 EMI。

图1所示的2 MHz LT8391A 16 V、1.5 A （24 W）降压-升压LED驱动器采用EMI滤波器和栅极电阻时效率高达93%，如图2所示。去除可选 EMI 组件后，效率提高 1% 至 2%。该转换器采用小型 3 mm × 3 mm MOSFET 和单个高功率电感器，即使在 24 W 时，温升也很低。在 12 V 输入时，任何组件的升温都不会超过室温 25ºC。在 6 V 输入时，使用标准 4 层 PCB 且无散热器或气流时，最热组件的升温低于 50ºC。面对低至 4.3 V 的输入瞬变，它继续以满 24 W 负载运行;或在输入长时间下降时通过模拟或PWM调光降低负载电流。8 A 至 10 A 检测电阻可在低 V 电压下实现高功率在可能。

图1.LT8391A 2 MHz 16 V、1.5 A 汽车降压-升压 LED 驱动器通过 CISPR 25 5 类 EMI。

图2.LED驱动器解决方案的效率如图1所示。使用16 V、1.5 A演示电路DC2575A LED驱动器进行测量，带或不带可选EMI元件。

LT8391A 包括最新的 PWM 调光功能和开路 LED 故障保护。这种同步降压-升压调节通过一串LED的电流，其电压可能在输入电压范围内，也可能不在输入电压范围内，例如9 V至16 V汽车电池或卡车电池（18 V至32 V）。它可以在低至 4.0 V 的冷启动输入下运行，并可承受高达 60 V 的输入瞬变。LT8391A 在 120 Hz 时提供高达 2000：1 的 PWM 调光比，并可使用其内部 PWM 调光发生器实现高达 128：1 的精确调光比，而无需外部提供的 PWM 时钟。

用于汽车应用的 CISPR 25 电磁干扰

图1中的2 MHz LT8391A LED驱动器专为汽车前照灯而设计。它使用 AEC-Q100 组件，符合 CISPR 25 5 类辐射 EMI 标准。扩频频率调制 （SSFM） 可降低 EMI，并与 PWM 调光同时无闪烁运行。其小尺寸的特点是其小电感器，特别是小的输入和输出EMI滤波器。2 MHz转换器不需要大型LC滤波器，仅使用小铁氧体磁珠来降低高频EMI。

高功率转换器不容易满足汽车EMI要求。放置在大型PCB上的高功率开关和电感器靠近大型电容器会产生不希望的热回路，尤其是在包含大型检测电阻时。独特的 LT8391A 降压-升压架构从降压和升压开关对热环路中移除了检测电阻器，从而实现了低 EMI。

图3和图4显示了图1所示24 W LED驱动器的实测EMI。尽管该控制器的工作频率为 2 MHz，功率为 24 W，但该降压-升压仍通过 CISPR 25 5 类辐射和传导 EMI。5级是最严格的要求，也是大多数汽车EMI测试的目标。无法通过 5 类 EMI 的转换器要么采用汽车电路设计，要么必须封装在大型金属 EMI 屏蔽中。即使屏蔽的笨重不会造成组装问题，添加它们也是昂贵的。

图3.LT8391A 演示电路 DC2575A 通过 CISPR 25 5 类汽车辐射 EMI。

图4.LT8391A 演示电路 DC2575A 通过 CISPR 25 5 类汽车传导 EMI。

适用于多波束应用的降压-升压

LED大灯组既具有创新性，又具有艺术创意。远光灯和近光灯可以用漂亮而独特的日间行车灯 （DRL） 包裹起来。由于只有在远光灯和近光灯关闭时才需要日间行车灯，因此可以使用单个 LED 驱动器为远光灯和近光灯或日间行车灯供电。这仅在LED驱动器具有灵活的输入输出比并且能够升压和降压输入输出电压时才有效。降压-升压设计满足了这一要求。

图5所示的多光束LT8391A降压-升压LED驱动器可以驱动3 V至34 V的LED灯串电压。这使其能够驱动近光灯串，并通过在近光灯串上添加LED来产生远光灯。相同的驱动器切换并驱动更高电压但电流更低的 DRL。从仅近光灯LED切换到近光灯/远光灯组合串不会产生输出电压或LED电流尖峰，如图6a所示。LT8391A 能够在升压、4 开关降压-升压和降压工作区域之间平滑转换。对于转换器来说，从少量 LED 更改为大量没有 LED 尖峰的 LED 可能具有挑战性，但这种多光束电路可以轻松做到这一点。从远光灯和近光灯切换回近光灯也非常干净，没有任何有害的LED尖峰，如图6b所示。

图5.LT8391A 多光束 LED 前照灯集群解决方案，适用于低灯、高灯和 DRL 灯。

在 DRL 字符串之间切换时也是如此。图6c显示了如何关闭近光灯，以及DRL如何平滑地连接到输出电容。甚至 LED 电流也从 1 A（远光灯和近光灯）更改为 700 mA（8 LED DRL），没有任何问题。也可以添加其他微调或信号 LED，并且 DRL 可以作为信号灯闪烁。图6d显示了如何使用内部设置的PWM发生器对DRL进行PWM调光，然后在黑暗降临时平滑切换到近光灯。

面对短路和 LED 开路，汽车环境需要强大的解决方案。短路和开路情况由图6所示的多波束解决方案安全处理，并通过转换器的故障标志报告。

图6.波形显示了图5所示LT8391A多波束应用的高电平和低电平、低电平和DRL LED串之间的平滑切换。

FE 和 QFN 封装适合狭小区域

LT8391A 采用 4 mm × 5 mm 28 引脚 QFN 封装以满足小尺寸要求，并采用 28 引脚 TSSOP FE 封装，用于汽车设计。两种封装均具有耐热增强型GND焊盘，用于内部INTV的功耗抄送来自更高电压的 LDO。

内部 LDO INTV抄送这些转换器的稳压器可以处理以大约15 nC栅极电荷以2 MHz频率驱动四个同步MOSFET。LT8391A FE 2 MHz 16 V、1.5 A演示电路（DC2575A，基于图1的设计）的小尺寸如图7所示。这种高功率、多功能应用只需要一个 5 mm × 5 mm 电感。

图7.紧凑型解决方案：2 MHz演示电路DC2575A采用LT8391A，以1.5 A电流驱动16 V LED。

图8.使用内部和外部PWM选项进行PWM调光;分别为1%和0.05%。

结论

LT8391A 2 MHz、60 V降压-升压型LED驱动器控制器为汽车前照灯中的LED灯串供电。其特性包括低 EMI 4 开关架构和扩频频率调制，可满足 CISPR 25 5 类 EMI 要求。独特的高开关频率使其能够在AM频段以上工作，几乎不需要EMI滤波。其小尺寸和多功能性使其可用于各种电压和电流的前照灯组 LED 串。

 

	LT8390	LT8390A	LT8391	LT8391A
稳压器	x	x
发光二极管驱动器			x	x
汽车输入/输出范围高达 60 V	x	x	x	x
开关频率	150 kHz 至 650 kHz	600 kHz 至 2 MHz	150 kHz 至 650 kHz	600 kHz 至 2 MHz
优化的热回路布局，实现低 EMI	x	x	x	x
用于低 EMI 的扩频频率调制	x	x	x	x
输出功率	450 瓦+	50 瓦+	450 瓦+	50 瓦+
包	4 mm × 5 mm、28 引脚 QFN、28 引脚 TSSOP FE	4 mm × 5 mm、28 引脚 QFN、28 引脚 TSSOP FE	4 mm × 5 mm、28 引脚 QFN、28 引脚 TSSOP FE	4 mm × 5 mm、28 引脚 QFN、28 引脚 TSSOP FE

 

审核编辑：郭婷