使用LED作为汽车照明,仅只是车上一种用途设计的想法;然而,在今日许多汽车和卡车内,无论是仪表板的背光源、内部照明及煞车灯等,都可看见LED。此外,豪华汽车制造商也正逐渐利用固态LED照明的最新技术,以强化2007~2008年车种的美学造诣,其所凭藉的,正是这些可用于内部和外部照明,具有轻盈、小巧且更为可靠的元件。例如,LED实现了低廉的长期成本和更长寿命,对于内部照明而言,这在许多优点方面已胜过白光灯泡,而HID(高强度气体放电)和卤素灯则使用于头灯照明。
使用汽车电池驱动LED,需要一个DC/DC转换器以精确地调节电流,确保灯光强度的均匀和颜色的完整,并且保护LED。此外,DC/DC稳压器还需因应企图採用LED所延伸出特定的电源要求进行最佳化:头灯、尾灯、方向灯或内部情境或阅读灯。而且,一个重要的挑战是从一个可能低于、等于或高于负载电压的电池电压,去驱动一个或数个字串显示用LED。然而另一个考量是能否有效率地让LED以大调光比例进行调光,同时保持其在低、以及高亮度位准时的色彩特性。DC/DC 驱动器的有效操作是一个极关键的要求,特别在驱动HB(高亮度)LED时,因为所有的功率若非用于光的放射,便是热的产生。
Linear Technology的两款新DC/DC LED驱动器,特别针对汽车内部和外部照明的严厉要求,其具备高操作效率、负载保护、宽广输入和输出额定电压范围、精确电流调节以及更多功能,这些IC可简单地设置成数个DC/DC架构,因此提供设计者满足不同应用转换需求,以认可一颗IC的选项。
保持颜色固定的调光LED
LED的发光强度是与其顺向电流密切相关的,藉由调整顺向电流,LED驱动器可对LED进行调暗或调亮的动作,这种最简单的调光方式,所依侍的是线性电流变化率的模拟控制,例如,使用电位计搭配驱动IC,便可设定调整输出电流,然而,除了光线强度的差异外,LED显示色彩会随着顺向电流的改变而有所变化。採用线性电流变化率方式,一个受调整的白光LED会泛有温和黄光,相对于电流变化的影响,这种颜色的改变程度与光的波长成正比;波长愈长导致愈明显的偏移或变异,高亮度LED颜色的偏移是很容易被一个在不同照明环境,比如强烈日光下或夜幕笼罩下的观察者所察觉。
第二种LED调光的方式,是数位化控制承担以固定峰值将电流脉冲化送入LED的电流。藉由调变与精准控制电流工作週期,从而调整LED的亮度,并于从全暗到全亮的调光范围,维持其颜色的完整性和一致性。虽然本质上LED在每一个脉冲区间皆会被打开与关闭,但当电流以近约高于120Hz的频率被调变时,人肉眼的感觉会整合且解译分隔光脉冲间的亮度,而将这种发光看成是一个平滑连续光束。
在许多的应用特别是汽车内部照明,宽广调光范围是一个明确的先决条件。不论週遭照明如何,也不管信息是来自导航GPS或车用电脑,LED光亮度的控制对于强化显示设备面板LCD萤幕上讯息视觉敏锐度,是相当主要的因素。现在,因美学观点而选择性地调光控制一个彩色LED阵列则是新增的要求。例如,藉由变化一群RGB LEDs中每一个LED的光强度,一辆汽车的内部可能浸浴在一种适合驾驶人或乘客情境的色域中。
针对以上原因,LED驱动器IC应该提供宽广的调光范围,并且还需保持LED的颜色。许多LED驱动器提供50:1或100:1调光比例;然而,更多汽车设计者要求更宽的范围,对于未来车款,这些设计者寻求高达2000:1的调光比例,其为一项非常难以达到的设计要求,除非驱动器IC具备一个精巧的调光设计与电流控制架构。
当VIN低于、高于或等于VLED时,恆定LED电流及电压
汽车电池的电压受到温度、操作状态、年龄与充电量而变化甚大。当字串或群聚内的LED数目增加时,总LED电压很容易落在电池的最低和最高电压范围,因此,一个LED驱动器必须能从变动电压的汽车电池中,不仅提供一个固定的电流,还要有一个固定的电压。如此一个LED驱动器必须能自动地执行降压和升压DC/DC转换操作,而且无缝式地在这些操作模式中转移(也就是VIN?n×VLED或VIN ? n×VLED)。
LTC3783和LT3477提供最简单且具备唯一单电感架构的降压-升压电路,如(图二)。两者皆拥有一个高阶电流检测模式,在此检测处负载电流可流回到VIN,因此可提供大于或小于输入电压的负载电压(VOUT-VIN)。这种架构允许输入与输出电压完全重叠。
(图二) 单电感降压-升压电路示意图
具有3000:1调光比例的真实色彩True Color PWM调光
时至今日,设计者若非牺牲HB LED的颜色品质以获得宽广的调光范围,就是限制调光范围以保存颜色一致性。LTC3783以正在申请专利的True Color PWM调光技术解决了这个问题。LTC3783具备3000:1的数字调光范围,超出照明设计者的预期;直到今日,如此一个设计需要复杂的电路与多重IC组合。LTC3783也允许额外以模拟输入控制的100:1调光范围。
保护LED
LT3477(单晶片LED驱动器)和LTC3783(LED驱动控制器)可保护LED避免遭受过度电和热应力的冲击。每一个都具备过电压和过电流保护。软启动功能可由一个小电容调整,且在启动时,可保护输入供电避免过电流的破坏。两款IC皆使用电流模式操作,以实现绝佳的电源与负载稳压,即使在大量电压转变存在的汽车供电排线内亦然。
两款元件在LED发生过热事件时,允许降低LED的电流。LT3477和LTC3783让设计者拥有存取内部参考电压的能力。利用一个简单电路的改变,这些驱动器可连接位在LED座附近的热敏电阻,进行温度监控,若LED座週遭温度逼近有害位准时,LTC3783和LT3477会减少负载电流以降低LED上热的产生,保护其避免过热,免受永久性的伤害。
结论
LTC3783和LT3477 LED驱动器于许多DC/DC架构上提供绝佳效能,将系统设计者从选择多个IC以因应不同照明应用的泥沼中释放出来。LT3477和LTC3783可能实现的架构包括降压、升压、降压-升压、SEPIC以及返驰。每一款LED驱动器都专门为从内部华丽灯光到外部前头灯等特定LED供电与电压需求而设计。LTC3783和LT3477都经Linear Technology的测试方法测试过,符合汽车电压与温度规格需求[2] 。