汽車最新的大電流 LED 應(yīng)用需要堅(jiān)固和低噪聲 LED 驅(qū)動(dòng)器
背景信息
盡管 LED 用在很多汽車照明應(yīng)用中已經(jīng)有幾年,例如白天行車燈 (DRL)、剎車燈、轉(zhuǎn)向指示信號(hào)燈和內(nèi)部照明,但是特定于前燈的應(yīng)用依然相對(duì)較新。目前,僅少數(shù)量產(chǎn)車具備 LED 前燈,包括本田雅閣、謳歌 RLX 和 MDX、奧迪 A8 和 R8、雷克薩斯 LS600h 和 RX450h、豐田普銳斯、凱迪拉克的凱雷德以及保時(shí)捷卡宴。更多汽車平臺(tái)已經(jīng)采用了 DRL,而且其形狀常常隨不同汽車品牌而不同。一些行業(yè)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,到 2014 年,LED DRL / 前燈市場(chǎng)將超過 40 億美元,而且由于此后該市場(chǎng)繼續(xù)快速增長(zhǎng),預(yù)計(jì)到 2015 年將超過 80 億美元。
汽車照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨的最大挑戰(zhàn)之一是,怎樣最充分地利用最新一代高亮度 (HB) LED 的所有優(yōu)點(diǎn)。HB LED 需要一個(gè)準(zhǔn)確、高效率、能夠調(diào)光的 DC 電流源,而且必須包括保護(hù)功能。此外,這類 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 還必須設(shè)計(jì)為,能夠在各種環(huán)境和電氣條件下滿足這些要求。因此,電源解決方案必須效率非常高、噪聲很低、功能強(qiáng)大且可靠性高,同時(shí)還要緊湊和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。可以說,就驅(qū)動(dòng) HB LED 而言,要求最苛刻的應(yīng)用是汽車前向照明應(yīng)用,即 DRL 和前燈應(yīng)用,因?yàn)檫@兩種應(yīng)用處于最嚴(yán)酷的汽車電氣環(huán)境中,必須提供很大的功率,一般在 15W 至 75W 之間,而且必須放入空間非常受限的外殼中,滿足所有這一切要求的同時(shí),還要保持富有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。
設(shè)計(jì)參數(shù)
汽車 LED 驅(qū)動(dòng)器必須緊湊、高效率,且支持無閃爍 PWM 調(diào)光。這些驅(qū)動(dòng)器不能在 AM 收音機(jī)頻段及該頻段周圍產(chǎn)生很大的傳導(dǎo) EMI。不幸的是,大功率開關(guān)模式電源本質(zhì)上不是低 EMI 的,恒定開關(guān)頻率在一些頻點(diǎn)上產(chǎn)生極大的 EMI 分量,包括電源的基本工作頻率及其諧波。但這些不好的東西總會(huì)落入 AM 頻段。
最大限度地減小 EMI 峰值的一種方法是,通過采用擴(kuò)展頻譜切換,允許開關(guān)模式電源 (SMPS) 的工作頻率覆蓋一系列頻率值。希望擴(kuò)展頻譜切換起到的作用是,壓低可能出現(xiàn)在 SMPS 基本工作頻率及其諧波上的 EMI 峰值,將 EMI 能量擴(kuò)展到一系列頻率范圍上。
LED 驅(qū)動(dòng)器 SPMS 有一個(gè)額外的要求:頻率擴(kuò)展還要與 PWM 調(diào)光 (亮度控制) 信號(hào)頻率同步,以確保不產(chǎn)生 LED 閃爍。
為了解決這個(gè)問題,LT3795 自己產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜斜坡信號(hào),并運(yùn)用一項(xiàng)正在申請(qǐng)專利的技術(shù),讓該信號(hào)與較低頻率的 PWM 調(diào)光輸入取得頻率一致。這樣一來,甚至在最高 PWM 調(diào)光比時(shí),也能消除擴(kuò)展頻譜信號(hào)與 PWM 信號(hào)相結(jié)合以使 LED 產(chǎn)生可見閃爍的可能性。
大功率汽車 LED 驅(qū)動(dòng)器
LT3795 是一款大功率 LED 驅(qū)動(dòng)器,采用與 LT3756 / LT3796 系列同樣的高性能 PWM 調(diào)光方法,但增加了內(nèi)部產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜斜坡信號(hào)的功能,以降低 EMI。LT3795 是一款單開關(guān)控制器 IC,輸入范圍為 4.5V 至 110V,輸出范圍為 0V 至 110V,可配置為升壓模式、SEPIC、降壓-升壓模式或降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器。該器件具備 100kHz 至 1MHz 開關(guān)頻率范圍、LED 開路保護(hù)和短路保護(hù),還可以作為具備電流限制的恒定電壓穩(wěn)壓器工作,或者作為恒定電流 SLA 電池或超級(jí)電容器充電器使用。
LT3795 自己產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜斜坡信號(hào),并運(yùn)用正在申請(qǐng)專利的技術(shù),使該信號(hào)與較低頻率 PWM 調(diào)光輸入取得頻率一致。這樣一來,即使在最高 PWM 調(diào)光比時(shí),擴(kuò)展頻譜信號(hào)也不可能與 PWM 信號(hào)相結(jié)合、使 LED 產(chǎn)生可見閃爍了。
圖 1 所示是效率高達(dá) 92%、80V、400mA、300kHz 至 450kHz 汽車 LED 前燈驅(qū)動(dòng)器,該驅(qū)動(dòng)器具備擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制和短路保護(hù)。DRL 應(yīng)用看起來幾乎是相同的,但是最大 LED 電流要求接近 200mA。

圖 1:80V、400mA 汽車 LED 驅(qū)動(dòng)器具備內(nèi)部擴(kuò)展頻譜功能以降低 EMI
內(nèi)部擴(kuò)展頻譜可減輕 EMI 問題
與很多大功率 LED 驅(qū)動(dòng)器不同,LT3795 自己產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜斜坡信號(hào),以產(chǎn)生比所設(shè)定開關(guān)頻率低 30% 的開關(guān)頻率調(diào)制。這降低了其傳導(dǎo)的 EMI 峰值,減少了對(duì)昂貴和笨重的 EMI 輸入濾波電容器和電感器的需求。
運(yùn)用內(nèi)部或單獨(dú)的擴(kuò)展頻譜時(shí)鐘產(chǎn)生 LED 驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)頻率,可能在 PWM 調(diào)光時(shí)產(chǎn)生可見閃爍,因?yàn)閿U(kuò)展頻譜頻率變化與 PWM 周期是不同步的。由于這個(gè)原因,在很多高端 LED 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中,實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展頻譜并非微不足道的任務(wù)。如果沒有擴(kuò)展頻譜,設(shè)計(jì)師就必須依靠笨重的 EMI 濾波器、采用降低開關(guān)邊沿的柵極電阻 (這會(huì)降低效率) 以及在開關(guān)及箝位二極管上安裝減震器。
圖 2 比較了在擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制啟用和禁止時(shí),LT3795 LED 驅(qū)動(dòng)器在 AM 頻帶周圍的傳導(dǎo) EMI 測(cè)量值。正常 (無擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制) 工作時(shí),在開關(guān)頻率及其諧波上產(chǎn)生能量很高的尖峰。在汽車等 EMI 敏感應(yīng)用中,這些尖峰可能使設(shè)計(jì)達(dá)不到嚴(yán)格的 EMI 要求。圖 2 給出了 CISPR 25 Class 5汽車傳導(dǎo) EMI 限制以供參考。圖 3 顯示了在較寬頻帶上擴(kuò)展頻譜的效果。
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