只需一个LED驱动器即可实现汽车LED前照灯组

作者：Keith Szolusha and Kyle Lawrence

近光灯、远光灯、日间行车灯和信号灯通常在一个单元或集群中一起设计，使设计师能够产生独特的汽车前端外观。LED照明已经进入这些集群，区分了当今豪华车的高端面孔;但 LED 提供的不仅仅是美观。与竞争照明技术相比，它们具有许多技术优势，特别是提高了效率、鲁棒性和使用寿命。尽管有这些优势，汽车照明设计师仍面临着用LED取代传统灯具的成本挑战。

LED照明成本的很大一部分是由LED本身、热管理组件（如翅片金属散热器）和坚固的LED驱动器电路的成本驱动的。传统上， 每种 LED 光束或光源类型都需要自己的 LED 驱动器 PCB.如果使用单个驱动器驱动照明集群内的多个LED串（串联），则可以显著降低成本和复杂性。

全面的多 LED 灯串驱动器必须支持高功率 LED 灯串所需的高电压和高电流。它还必须巧妙地处理某些 LED 串的开/关转换，而其他 LED 串则保持打开且不受影响。在汽车环境中，它应适应宽范围的输入和输出电压，即输入端的电池和输出端的LED串。汽车环境还要求驱动器具有低EMI以及开路和短路故障保护。

LT®3795 和 LT3952 汽车 LED 驱动器在用于升压和（正在申请专利）升压-降压拓扑时可满足这些要求。这些 LED 驱动器可在高压升压（升压）和升压-降压（升压和降压）拓扑中工作。它们支持大堆叠的 LED 串，可接受较宽的电池电压范围，并且可以优雅地转换输出中 ON LED 的数量。它们均具有扩频频率调制功能，可降低 EMI，并具有短路和开路 LED 保护功能。

用于近光灯、远光灯和日间行车灯的增强型 LED 驱动器

近光灯、远光灯和日间行车灯前照灯组的总电压在 1A LED 驱动时约为 70V。100V+ LT3795 单通道 LED 驱动器可直接从标准 9V–16V 汽车输入驱动 70W LED — 集群中的所有三个灯均可串联驱动。

图 1 中的组合驱动器电路示出了 LT3795 单通道 LED 驱动器如何用于在升压拓扑中通过日间行车灯、近光灯和远光灯为 1A 供电。这允许打开和关闭近光灯和远光灯 - 日间行车灯始终亮起。

图1.LT3795 70W （70V 1A） 汽车升压型 LED 驱动器以 95% 的效率串联驱动日间行车灯、近光灯和远光灯串。

当近光灯和远光灯打开和关闭时，它们的 LED 串通过大电流 MOSFET 开关 M3 和 M4 在日间行车灯串中添加和减去。这些开关充当短路设备。当 MOSFET 导通时，它会短路相应的光束，将其关闭;当 MOSFET 关闭时，光束以 1A 电流运行。这种易于实施的设计坚固耐用，可节省大量空间，无需额外的控制器。

打开和关闭整个 23V 光束串 LED（如近光灯）会在输出上产生 23V 瞬变。重要的是，开启和关闭转换不是瞬时的。在此设计中，Q1 和 Q2 控制 MOSFET 的导通和关断转换，以防止 LED 串电流出现大尖峰，否则会导致输出电容占用或释放能量。瞬时切换 M3 和 M4 会将 LED 电流暂时降至零，导致近光灯出现可见闪烁，或者可能感应出高达 3A 的高电流尖峰，即使是最坚固的 LED 串也会受到压力。

图2显示了M3和M4的受控开关，在~500μs内转换LED电流和输出电压。用于M3和M4的短路驱动器的工作速率使输出电容和转换器能够在很短的时间内处理缓慢瞬变，输出电流偏差小于20%。在常亮行车灯中添加或减去一串时，近光灯或其他行车灯中没有可察觉的闪烁或闪烁。

图2.所有集群 LED 串均由一个 IC 通道串联驱动，但打开（或关闭）其他灯串不会对运行串产生显著影响——即使打开和关闭近光灯和远光灯串，也能保持恒定的亮度。通过缓慢打开或关闭带有短路 MOSFET 的 LED 光束来控制转换，从而防止其他未更改的串上出现电流尖峰。

图 1 中的 LT3795 升压型 LED 驱动器电路在仅日间行车灯亮起和所有光束均导通时分别具有 91% 和 95% 的效率。它具有短路和开路 LED 保护。凭借良好的布局和足够的铜面积供分立功率元件使用，这款 70W 升压驱动器的最高温升分量可以保持在 40°C 以下，而无需额外的散热器或气流。EMI滤波器、GATE驱动电阻和扩频频率调制可用于降低EMI。

用于日间行车灯和信号灯组合的升压-降压 LED 驱动器

一些车辆将LED照明用于日间行车灯和信号灯，但不用于远光灯或近光灯。日间行车灯设计有各种不同的配置，从电流相对较低的长串LED到高电流的短串。可同时支持升压和降压转换的IC可以为日间行车灯和有时亮起的微调灯或琥珀色信号灯供电。使用能够无缝处理升压和降压拓扑中堆叠串电压转换的IC，设计人员可以专注于光美学和功能，而无需担心驱动器。调光可以毫不费力地投入到混合物中。

图3.各种光组合的效率在 94% 到 96% 之间。

图 4 中的（正在申请专利）升压-降压型 LT3952 LED 驱动器通过一个紧凑的日间行车灯和一个串联琥珀色信号或微调灯调节 1A。2-LED 琥珀色灯可通过 M2 短路 MOSFET 闪烁或 PWM 调光，而不会影响持续运行的日间行车灯的亮度。

图4.这款 18W （18V， 1A） 汽车升压-降压 LED 驱动器以不同的亮度水平运行日间行车灯和琥珀色信号灯。2MHz 开关频率使 EMI 保持在 AM 频段之上和之外。

结果是一个单一的紧凑型1A升压-降压LED驱动器，其输出驱动一个明显稳定的2-4个LED日间行车灯，以及一个闪烁的信号灯和/或可变调暗的微调灯。

MOSFET M2 的受控开关可将 LED 电流瞬变降至最低，MOSFET M2 打开以短路琥珀色灯，并关闭以启用琥珀色光。图 5 显示了琥珀色灯的 PWM 调光工作频率为 120Hz，可实现无闪烁的 10：1 调光，而不会影响日间行车灯的亮度。同样，它可以以 1Hz 的频率打开和关闭——比如 10% 调暗的“关闭”（或其他）到 100% 的“打开”以充当转向信号灯。

图5.PWM 在 120Hz 下以 10：1（最高 20：1）调暗琥珀色信号灯不会影响日间行车灯的 LED 串电流。

新的升压-降压 LED 驱动器拓扑允许输入电压和输出电压范围相互交叉，从而通过减少预稳压需求来简化设计。

转换器具有短路和 LED 开路保护功能。LED 中的可选低 VF 二极管−路径提供指示灯−除了针对 TG MOSFET （M1） 和 LT3952 过流检测的 LED 对接地保护之外，还提供 ----升压-降压拓扑具有低输入和低输出纹波，可实现极低的 EMI，而扩频频率调制可进一步降低 EMI。+

为了提高效率，转换器可以在 350kHz 的开关频率下工作（图 6）。图7比较了这两个选项的效率。请注意，2MHz解决方案具有减小电感尺寸和AM频段以上和外部EMI的优点。在350kHz或2MHz频率下，在升压-降压拓扑中，可以使用非耦合电感代替单耦合电感。

图6.与图4类似的汽车升压-降压LED驱动器，但该驱动器使用350kHz的开关频率以提高效率。

图7.350kHz升压-降压解决方案（图6）和2MHz解决方案（图4）的效率比较。

简短和公开的投票

在汽车环境中，重要的是，一个灯功能的故障不会妨碍其他LED的运行。LT3795 和 LT3952 包括故障检测和报告功能，这些功能使系统控制器能够接通可操作的 LED，即使串联中的其他串出现故障也是如此。

使用故障标志和额外的可选诊断开关 （M故障），系统计算机可以通过打开和关闭 LED 光束来确定哪个光束已打开。系统控制器可以在故障光束短路时运行剩余的非故障 LED 光束。错误的字符串可以重新轮询，并在它再次正常运行后立即联机。LT3795 和 LT3952 电路均可处理短路和开路，因此短路和断开串不会对电路造成潜在危害。

可以设置额外的电压读数和短路检测，以关闭短路的串，或报告需要维修的短路段。即使其中一个 LED 灯串损坏，LED 驱动器电路也能保持功能性和可靠性。

结论

组合汽车LED灯可以由单通道LED驱动器驱动，以节省成本和空间。高功率和高压串可以堆叠在升压拓扑中，也可以在新的升压-降压拓扑中打开和关闭各种亮度或更低电压的串。对多个字符串使用单个驱动程序可节省成本和复杂性，同时保留美观优势。

LT®3795 和 LT3952 是功能强大且灵活的 LED 驱动器 IC，可用于组合前照灯簇 LED 串。它们具有高电压、高电流、扩频频率调制以及短路和开路 LED 保护功能。

审核编辑：郭婷