DCDC变换器在汽车照明中的应用方案

1、DC/DC变换器在汽车照明中的应用方案LED照明在汽车领域的应用日益加速和广泛。本文针对汽车上的特定要求，推出了2种新型DC/DC变换器芯片：LTC3787和LTC3475并对各自的特性予以介绍，能满足在不现场合上对转换 的多项要求，促进了现代汽车电子技术的应用与发展。1冃U言LED被称为第四代汽车光源，虽然一次性投入较高，但拥有白炽灯无法比拟的优点，如LED车灯具有无延迟、节能、长寿、低热、抗震、色纯度高等诸多特点，已成为钨丝灯、卤素灯的必 然取代产品。每台车内部应用如仪表板、阅读灯，外部应用则为尾灯、杀y车灯、方向灯、头灯等， 汽车用照明已形成目前LED照明发展最快的应用市场。今天，在一般

2、的汽车上电子系统的成本约占 20%以上,有的豪华车上已飙升至30%以上。汽车 上设置的应用实例包括：车载信息系统，安全系统，发动机的能源管理，车载收音机、电视的卫 星接收、移动电话以及其它无线电系统等等。5年前，这些电子系统仅设置在高档豪华车上，现在每个汽车制造厂家，已将其集成在中等规格的车辆上，大幅度加速了汽车用集成电路技术的飞 跃发展。2 LED照明取代白炽灯泡在车用照明产品方面，由于供电电源来自汽车蓄电池，一般为24V、48V直流电压，故需要有 直流电源的LED驱动IC （集成电路），将交流电源直接转换为直流电源，并完成与 LED电压及电 流的匹配。与此同时，车载电子系统的元器件增加，要

3、求的可用空间却不断缩小。大幅度增加了每一系 统的电子元器件密度。所有电子系统均需要功率转换的IC。通常，对每一分支系统还要配置复式的多级电压干线。由于很高的功率密度和各系统散热导致的高环境温度，汽车上的有限空间和工 作温度范围的限制，故要求高效率的功率转换是关键。在输出电压低和几百毫安（mA）级以上的电流场合，因发出的热量多，简单地用线性调节器来 输出电子系统要求的电压已不实际。由于这些条件的制约，从而采用开关调节器取代线性调节器。 开关调节器的优点是：效率提高，“碳足迹”少，附加设备的简化以及EMI（电磁干扰）的减小等。 迄今，LED已出现在很多车辆的仪表盘背光（back light in

4、g），车内照明及制动灯上。豪华汽车厂 愈益吸取了固态LED照明最新技术的优点，借助这些高科技的电子技术含量和更轻、更小、更可 靠的内/外部照明器件，提高了现代汽车的美观、舒适程度。例如，海拉作为汽车灯具领域的领先 者，一直将车灯技术作为一个重要的研究课题。如今海拉已为新一代凯迪拉克白金版成功开发出 全LED前照灯，并已投入量产。LED还可以降低成本和延长使用寿命。对比车内照明用的白炽灯，头灯用的HID（高强度放电） 灯和卤素灯，它具有明显的优越性。3对驱动电路的要求由汽车蓄电池驱动LED要求具有精密调节LED电流的DC/DC变换器，以确保均匀的照明强 度和色彩的完整性以及LED的保护。而且，D

5、C/DC调节器应按照指定的用途，头灯或尾灯，信号 灯或车内的阅读灯等，对特定的功率要进行优化。此外，由蓄电池电压驱动一个或几个 LED灯串, 蓄电池电压可能会出现大于、等于或小于负载电压的情况；另一种担心则是在大的调光范围内能 否有效调节LED的亮度，并在低/高亮度级是否保持显色特性。因此，要求DC/DC驱动器的有效运 行至关重要，尤其是在驱动高亮度（HB） LED时，因未转换成发射光的功率将消耗在发热上。在出现某些特殊的工况下，对驱动电路也提出了相应要求。如图1所示，在负载一断电（Load-dump）段,这是发电机正给蓄电池充电时，蓄电池的连接线断电。这有可能发生在车辆正行 驶、蓄电池电线松

6、脱，或车在运行中蓄电池电线断开。无蓄电池的情况下，发电机正进行全充电，此时会产生瞬时高达80V的尖峰电压。5flnfis；DiV负戴断电冷曲轴图1的负载一断电和冷曲轴工况发电机瞬态吸收（Tran-sorbs）段，通常定位于36V60V母线电压的某一位置，吸收大部分的 浪涌电流。然而发电机向下配置的 DC/DC变换器则承受着这一 36V60V的瞬态峰值，故要求这些 变换器及子系统的容量能予以承受。某些实例中，在这一瞬态过程采用调节输出电压，关键在于 DC/DC变换器应能处理这些高的瞬态电压。通常，有各种不同的保护电路，能在外部执行瞬态吸 收，但成本增加，还占用可贵的空间。“冷曲轴”（cold c

7、rank）段，发生在汽车发动机经受冷却或凝固期间，发动机油变的非常粘 滞。因而要求起动机输出更大的转矩，相继需要蓄电池提供更大的电流。这一大的电流负载导致 蓄电池/一次母线的电压降低，甚至低于4V的点火电压。随后，又回复至额定电压13.8V （图1）。 这在某些应用场合，例如发动电机控制、安全系统和导航系统均不可避免。故要求具有良好调节 的输出电压（一般为3.3V）贯穿“冷曲轴”段，以实现全过程的无间断（连续）运行。4 LED驱动器的新IC美国线性技术公司（LTC）研制成的两块新型DC/DC驱动器芯片，能适应汽车内/外部照明的很多严格要求，具有运行效率高、负载保护、输入/输出电压范围宽以及精确

8、的电流调节等特点。因集成电路可构建若干DC/DC拓扑，故能为设计者提供IC的合理选择，以满足不同应用场合下的功 率转换需求。350mA PWM LED Boost Application52电流劈罗拓LT（LTC3783是带恒流PW调光的电流型多拓扑变换器（图 2）,用于驱动大功率LED灯串。本项 专利技术可提供非常快而准确的负载切换，不会产生瞬时的欠电压或过电压，能数字式达到 3000 : 1的调光率（100Hz），纯色的PW调光可确保白色LED和红绿蓝（RGB） LED的颜色完整性。 LTC3783利用模拟控制，容许附加100： 1的调光比，因人眼对周围光线的变化很敏感，故这一比 率必不可

9、少。该多功能的控制器可用于升压、降压、升降压双向变换器或反激式（Flyback）变换器, 或作为恒流/恒压的调节器。利用MOSFE的通态电阻（on-resistanee） 可取消传感电流的电阻器， 并提高了效率。LTC3783芯片的应用还包括：高电压 LED阵列和LED背光，以及在电讯、自动化 与工业控制系统中的调节器。Strong MOSFET DriverLaw VFttt higher efficiencyPWM Input forDrgital OinimingIntegrated Driver for Dimming or OJtput Disconnect装有LTC3783LED驱

10、动器在汽车上应用时，具有以下很重要的特点：（1）大电流、为输出大的 电流（ 1.5A），LTC3783驱动外部的N沟道MOSFET可给高亮度（HB）和超高亮度（SHB） LED供电; 高电压、LTC3783 3V36V勺输入运作和输出电压，取决于外部功率元件的选择，这可按标准 确定，易于驱动LED灯串或混串（串+并）；（3）保护。对HBLED的保护，需要IC结合精确的电流 和输出电压调节。附加保护包括过电压、过电流和软启动； 调光、以纯色PWM30001数字式调光时，在宽广的调光比下保持 LED恒定的颜色。而且，LTC3783还能附加模拟100 : 1的调光。 另一种产品LTC3475是双通道

11、36V、2MHZ降压式DC/DC变换器（图3）。设计用于恒电流LED驱动 电路，能提供每通道1.5A的LED电流。内部的传感电阻器和调光控制，确保理想的驱动大电流LED可在50mA1.5A的电流范围内，保持高精度的输出电流，而均匀、纯色的 PWNfe路，能实现3000 : 1的调光范围。双通道降压型® LED驰动器%5V P戚-L.SHDfiB00ST2LT3475SW1SW20LK10UT2注LJ1LED2rTTHFl 1li l CVq :AlVADJ1Vadj?GND工工飞让甸屮 LIS'lOfJE SLriONFOR DfAlLSfgw-600 kHzHALED CURRENT-口 MMiNu cnrirnciLDIMMING* 'CON'HUL軋如 g* ZzZ?.aiF1.5ALED TCURREM110idHLTC3475以其宽的输入电压范围(4V36V, max40V),可调节含汽车动力系统在内的广阔的电源阵 列。它的开关频率调节幅度为 200kHz2MHz能利用很小的电感器和陶瓷电容器，与耐热的 TSSOP-16组件结合，在驱动2个或4个大电流LED时，可提供结构非常紧凑的解决