中心議題：

• 高效LED背光照明在汽車顯示器設計中的應用
• 汽車 LED 照明設計參數

解決方案：

• 采用 LT3760
  、效率為 90% 的 28W LED 背光照明電路

引言

根據 Strategies Unlimited 公司的數據 （參見圖 1），到 2012 年，高亮度 （HB） LED 的市場規模預計將達到 120 億美元
，到 2015 年
，該市場將增長到 202 億美元，年複合增長率為 30.6%。目前，用來給顯示器進行背光照明的 LED 是這種前所未有的增長的主要驅動力。應用包括高清電視機（HDTV）、汽車顯示器和大量手持式設備。為了保持這種令人驚歎的增長率，LED 不僅必須提供增強的可靠性
、更低的功耗和更小 / 更扁平的外形尺寸，而且必須實現對比度、畫麵清晰度和色彩準確的明顯改進。此外，汽車、航hang空kong電dian子zi設she備bei和he航hang海hai電dian子zi產chan品pin的de顯xian示shi器qi必bi須xu最zui大da限xian度du地di實shi現xian所suo有you這zhe些xie改gai進jin，同tong時shi能neng接jie受shou從cong明ming亮liang的de太tai陽yang光guang到dao沒mei有you月yue亮liang的de夜ye晚wan等deng多duo種zhong環huan境jing照zhao明ming條tiao件jian。這zhe些xie由you晶jing體ti管guan液ye晶jing顯xian示shi器qi（TFT-LCD） 實現的顯示應用包括信息娛樂係統
、計量表和種類繁多的儀表顯示器。用 LED 對這些顯示器進行背光照明引起了一些獨特的 LED IC 驅動器設計挑戰，因為要在多種環境照明條件下優化顯示器的可讀性。這要求 LED 驅(qu)動(dong)器(qi)能(neng)提(ti)供(gong)非(fei)常(chang)寬(kuan)的(de)調(tiao)光(guang)比(bi)和(he)高(gao)效(xiao)率(lv)轉(zhuan)換(huan)
，同(tong)時(shi)能(neng)承(cheng)受(shou)汽(qi)車(che)中(zhong)相(xiang)對(dui)苛(ke)刻(ke)的(de)電(dian)及(ji)物(wu)理(li)環(huan)境(jing)的(de)嚴(yan)酷(ku)性(xing)。最(zui)後(hou)，這(zhe)些(xie)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)必(bi)須(xu)提(ti)供(gong)非(fei)常(chang)扁(bian)平(ping)、緊湊的占板麵積
，同時提高性價比。
怎樣才能支持汽車照明市場如此令人驚歎的增長潛力？ 首先，在產生光方麵，LED 的效率是白熾燈的 10 倍，同時幾乎是熒光燈的兩倍
，包括冷陰極熒光燈 （CCFL），因此降低了提供給定量光輸出 （以流明為單位來衡量） 所需的電功率。隨著 LED 進一步發展，其有效性或從電功率產生光流明的能力隻會繼續提高。其次，我們身處於一個關注環境的世界
，采用 LED 照明時是不需要處理
、接觸和清除 CCFL / 熒光燈中常見的有毒水銀蒸氣。最後，白熾燈大約每 1，000 小時就需要更換，而熒光燈可持續使用 1 萬小時
，相比之下，LED 的壽命超過 10 萬小時。在大多數應用中，這允許 LED 永久嵌入到最終應用中。就汽車儀表 / 導航 / 信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)係(xi)統(tong)控(kong)製(zhi)板(ban)的(de)背(bei)光(guang)照(zhao)明(ming)而(er)言(yan)，這(zhe)一(yi)點(dian)尤(you)其(qi)重(zhong)要(yao)，這(zhe)些(xie)控(kong)製(zhi)板(ban)嵌(qian)入(ru)到(dao)汽(qi)車(che)內(nei)部(bu)，因(yin)為(wei)在(zai)汽(qi)車(che)壽(shou)命(ming)期(qi)內(nei)，它(ta)們(men)將(jiang)永(yong)遠(yuan)不(bu)需(xu)要(yao)更(geng)換(huan)。此(ci)外(wai)

，LED 比其他照明燈小和扁平幾個位數級，因此 LCD 平板顯示器可以非常薄
，需要最低限度的汽車內部空間。還有，通過使用紅、綠和藍光 LED 配置
，可以提供無限多種顏色光。LED 還能以比人眼可檢測到的速度快得多的速度調光以及接通 / 斷開，從而實現了 LCD 顯示器背光照明的顯著改進，同時允許極高的對比度和高分辨率。

汽車照明係統設計師麵臨的最大挑戰之一是，怎樣優化最新一代 LED 的所有優勢。因為 LED 一般需要準確和高效率的 DC 電流源及調光方法，所以 LED 驅動器 IC 必(bi)須(xu)設(she)計(ji)為(wei)在(zai)多(duo)種(zhong)條(tiao)件(jian)下(xia)滿(man)足(zu)這(zhe)些(xie)要(yao)求(qiu)。電(dian)源(yuan)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)在(zai)功(gong)能(neng)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)方(fang)麵(mian)必(bi)須(xu)是(shi)高(gao)效(xiao)率(lv)和(he)可(ke)信(xin)賴(lai)
，同(tong)時(shi)又(you)非(fei)常(chang)緊(jin)湊(cou)和(he)經(jing)濟(ji)實(shi)惠(hui)。按(an)理(li)，就(jiu)驅(qu)動(dong) LED 而言
，要求最苛刻的應用之一將會是汽車信息娛樂係統和儀表板 TFT-LCD 背bei光guang照zhao明ming應ying用yong，因yin為wei它ta們men處chu於yu嚴yan酷ku的de汽qi車che電dian環huan境jing中zhong
，必bi須xu補bu償chang範fan圍wei很hen寬kuan的de環huan境jing照zhao明ming條tiao件jian變bian化hua，而er且qie必bi須xu能neng放fang入ru非fei常chang受shou限xian的de空kong間jian中zhong
，必bi須xu做zuo到dao所suo有you這zhe一yi切qie的de同tong時shi，還hai要yao保bao持chi富fu有you吸xi引yin力li的de成cheng本ben結jie構gou。

汽車 LED 背光照明

諸如尺寸小、壽命極長、功耗低和調光能力增強等優勢已經導致 LED TFT-LCD 背光照明在今天的汽車、卡車
、火車、飛機和輪船中得到了廣泛采用。LED 背光照明主要是從信息娛樂係統開始的
，這類係統一般有一個 LCD 顯示屏，安裝在儀表板中央某個部位，以便駕駛員和乘客都能非常容易地看到它們的位置、zhixingyinpintiaoxieheqitagezhongrenwu。henduoxinchuxiandeqicheshejidouliyongdangeyibiaoban，yiduifangbianjiashiyuanshishikongzhidesuoyouxianshiyibiaojinxingbeiguangzhaoming，rutu 2 所示。對儀表板的 LED 背(bei)光(guang)照(zhao)明(ming)常(chang)常(chang)是(shi)與(yu)信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)係(xi)統(tong)共(gong)用(yong)的(de)，從(cong)而(er)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)讀(du)取(qu)控(kong)製(zhi)板(ban)上(shang)的(de)數(shu)字(zi)。類(lei)似(si)地(di)，包(bao)括(kuo)轎(jiao)車(che)和(he)火(huo)車(che)在(zai)內(nei)的(de)很(hen)多(duo)車(che)輛(liang)以(yi)及(ji)還(hai)有(you)安(an)裝(zhuang)在(zai)飛(fei)機(ji)座(zuo)椅(yi)背(bei)後(hou)的(de) LCD 顯示器
，可供乘客看電影、玩視頻遊戲等等。曆史上，這類顯示器一直使用 CCFL 背光照明，不過用非常扁平的白光 LED 陣列替換相對較大的 CCFL 燈，以提供更準確和可調節的背光照明以及能超過車輛或飛機壽命的工作壽命，這已經變得越來越常見了。
[page] 在這類環境中采用 LED 有幾種積極的意義。首先
，LED 永遠不需要更換
，因為它們的可靠壽命超過 10 萬小時 （11.5 年的使用年限），已經超過了車輛壽命。這允許汽車製造商將 LED 永久性地嵌入到車內背光照明係統中，而不需要為更換留有餘地。因為 LED 照明係統不需要 CCFL 燈那麼大的深度或麵積
，所以款式也可以顯著改變。另外
，在從輸入電功率提供光輸出 （以流明為單位） 方麵，LED 一般比白熾燈的效率高。這有兩種積極作用。首先，LED 從汽車總線泄漏較少的電功率，而且同樣重要的是，LED 減少了需要在顯示器中散發的熱量，從而無需笨重、昂貴的散熱器。 LED 背光照明的另一個重要好處是，高性能 LED 驅動器 IC 提(ti)供(gong)的(de)寬(kuan)調(tiao)光(guang)比(bi)能(neng)力(li)。由(you)於(yu)汽(qi)車(che)內(nei)部(bu)經(jing)受(shou)著(zhe)範(fan)圍(wei)非(fei)常(chang)寬(kuan)的(de)環(huan)境(jing)照(zhao)明(ming)條(tiao)件(jian)變(bian)化(hua)，包(bao)括(kuo)從(cong)太(tai)陽(yang)光(guang)直(zhi)射(she)到(dao)完(wan)全(quan)黑(hei)暗(an)之(zhi)間(jian)的(de)每(mei)一(yi)種(zhong)變(bian)化(hua)
，而(er)人(ren)眼(yan)對(dui)光(guang)輸(shu)出(chu)中(zhong)的(de)微(wei)小(xiao)擾(rao)動(dong)又(you)非(fei)常(chang)敏(min)感(gan)，顯(xian)示(shi)屏(ping)需(xu)要(yao)相(xiang)應(ying)地(di)調(tiao)暗(an)或(huo)調(tiao)亮(liang)
，因(yin)此(ci)首(shou)要(yao)的(de)是(shi)
，LED 背光照明係統能提供從 1，000:1 到高達 30
，000:1 的非常寬調光比。采用合適的 LED 驅動器 IC，這類寬調光比相對容易實現，而用 CCFL 背光照明則是不可能的。圖 3 顯示了一個 LED 背光照明儀表板和共享 LED 背光照明的信息娛樂係統顯示屏。

汽車 LED 照明設計參數

為了確保最佳性能和長工作壽命，LED 需要有效的驅動電路。這類驅動器 IC 必須能靠條件相當苛刻的汽車電源總線工作，而且經濟實惠、空間利用效率高。為了保持長工作壽命，首要的是
，不要超過 LED 的電流和溫度限製。

qichexingyedezhuyaotiaozhanzhiyishi，kefuqichedianyuanzongxianshangyankudedianhuanjing。zhexiezhuyaotiaozhanshichengweifuzaitujianghelengchefadongdeshuntaiqingkuang。fuzaitujiangzhideshi
，dianchi電纜斷(duan)接(jie)同(tong)時(shi)交(jiao)流(liu)發(fa)電(dian)機(ji)仍(reng)然(ran)在(zai)給(gei)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)的(de)情(qing)況(kuang)。當(dang)電(dian)池(chi)電(dian)纜(lan)連(lian)接(jie)不(bu)牢(lao)固(gu)而(er)汽(qi)車(che)正(zheng)在(zai)運(yun)行(xing)時(shi)
，或(huo)當(dang)電(dian)池(chi)電(dian)纜(lan)斷(duan)開(kai)而(er)汽(qi)車(che)正(zheng)在(zai)行(xing)駛(shi)時(shi)
，可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)。電(dian)池(chi)電(dian)纜(lan)這(zhe)種(zhong)突(tu)然(ran)斷(duan)接(jie)能(neng)產(chan)生(sheng)高(gao)達(da) 40V 的瞬態電壓尖峰
，因為交流發電機正在嚐試給已經不存在的電池充滿電。交流發電機上的瞬態電壓抑製器通常將總線電壓箝位到大約 36V，並吸收大部分電流浪湧
；不過交流發電機下遊的 DC/DC 轉換器要承受這 36V 至 40V deshuntaidianyajianfeng。zhexiezhuanhuanqiyaoqiububeisunhuai
，bingzaizhezhongshuntaishijianfashengshitiaojieshuchudianya。yougezhongbutongdebaohudianlukegongxuanze，tongchangshishuntaidianyayizhiqi，shuntaidianyayizhiqikeyizaiwaibucaiyong，buguozengjialechengbenhezhongliang，bingzhanyongkongjian。

“冷車發動”指(zhi)的(de)是(shi)，當(dang)汽(qi)車(che)發(fa)動(dong)機(ji)承(cheng)受(shou)寒(han)冷(leng)或(huo)冰(bing)凍(dong)溫(wen)度(du)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)時(shi)發(fa)生(sheng)的(de)情(qing)況(kuang)。發(fa)動(dong)機(ji)油(you)變(bian)得(de)極(ji)度(du)黏(nian)滯(zhi)，需(xu)要(yao)發(fa)動(dong)機(ji)啟(qi)動(dong)器(qi)提(ti)供(gong)更(geng)大(da)的(de)扭(niu)矩(ju)，這(zhe)反(fan)過(guo)來(lai)又(you)從(cong)電(dian)池(chi)吸(xi)取(qu)更(geng)大(da)的(de)電(dian)流(liu)。這(zhe)種(zhong)大(da)電(dian)流(liu)負(fu)載(zai)在(zai)點(dian)火(huo)時(shi)可(ke)能(neng)將(jiang)電(dian)池(chi) / 主總線電壓拉低至 6V
，之後負載通常返回標稱的 12V。

幸運的是，對這些問題已經有了解決方案，那就是淩力爾特公司的 LT3760，該器件能在這兩種情況出現時不被損壞
，並調節一個固定輸出電壓。LT3760 6V 至 40V 的輸入電壓範圍使其非常適用於汽車環境。甚至當 VIN 大於 VOUT （這種情況可能在 40V 瞬態時發生） 時，LT3760 仍將調節所需的 LED 電流。
[page]
由於大多數汽車 LCD 背光照明應用都需要 20W 至 35W 的 LED 功率，所以 LT3760 設計為滿足這些需求。該器件可以將汽車總線電壓 （6V 至 18V / 標稱 12V） 升高至 44V，以驅動 8 個並聯 LED 串（每串含有 10 個 80mA 的串聯 LED）。圖 4 顯示了 LT3760 驅動 8 個並聯 LED 串的原理圖，每串由 10 個 80mA 的 LED 組成，總功率為 28W。
LT3760 采用自適應反饋環路設計，該設計調節輸出電壓以使其略高於 LED 串的最高電壓。這最大限度地減小了通過鎮流電路損失的功率，並幫助優化了效率。圖 2 中的電路提供高於 90% 的效率。這很重要，因為消除了任何散熱需求，從而實現了占板麵積非常緊湊的扁平解決方案。就驅動 LED 陣列而言
，同樣重要的是，提供準確的電流匹配

，以確保在整個儀表板上保持背光照明亮度一致。LT3760 在 -40度 至 125度的溫度範圍內保證 LED 電流變化不到 ±2%，而且正如在圖 5 中能看到的那樣，它的典型值較接近 ±0.5%。
LT3760 采用固定頻率
、恒定電流升壓型控製器拓撲。該器件采用單個 60V 外部 N 溝道 MOSFET
，能驅動 8 串由多達 10 個 100mA 串聯連接 LED 組成的 LED 串。其開關頻率是可編程的
，並可在 100kHz 至 1MHz 範圍內同步
，從而使其能提供最佳效率，同時最大限度地減小外部組件尺寸。其設計還使該器件能運行 4 串 200mA 的 LED 串或甚至兩串 400mA 的 LED 串。每個 LED 串能使用同樣數量的 LED，或能以每串不同數量的 LED 非對稱地運行。

LT3760 以高達 3，000:1 的調光比和通過控製引腳的模擬調光 （提供高達 25:1 的調光比） 提供直接 PWM。在需要高達 30
，000:1 調(tiao)光(guang)比(bi)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)，這(zhe)兩(liang)種(zhong)調(tiao)光(guang)功(gong)能(neng)可(ke)以(yi)結(jie)合(he)起(qi)來(lai)，以(yi)達(da)到(dao)所(suo)需(xu)調(tiao)光(guang)比(bi)。似(si)乎(hu)隨(sui)著(zhe)汽(qi)車(che)顯(xian)示(shi)器(qi)技(ji)術(shu)的(de)完(wan)善(shan)，大(da)多(duo)數(shu)製(zhi)造(zao)商(shang)都(dou)更(geng)喜(xi)歡(huan)使(shi)用(yong)較(jiao)高(gao)的(de) LED 電流 （50mA 至 100mA），以使顯示器在明亮的環境照明條件下更可讀，同時更喜歡使用較大的調光比，以補償不斷變化的環境照明條件。

此外，LT3760 有集成的保護功能，包括開路和短路保護以及一個 /FAULT 診斷引腳。例如，如果一個或多個 LED 串開路
，那麼 LT3760 就會調節其餘的 LED 串，並將 /FAULT 引腳設定為高。如果所有 LED 串都處於開路狀態
，那麼該器件仍會調節輸出電壓
，而且在兩種情況下，都會將 /FAULT 引腳設定為高。類似地，如果在 VOUT 和任何 LED 引腳之間發生短路，那麼 LT3760 就立即斷開該通道
，並繼續調節其餘通道。停用該通道可保護 LT3760 不受大功率熱耗散的影響，並確保可靠工作。為了實現額外的 LED 保護，LT3760 的 CTRL 引腳允許通過 LED 串的環境溫度設定 LED 電流降額曲線。一個放置在靠近 LED 處的 NTC 電阻器隨著溫度升高降低 CTRL 引腳電壓，從而降低了 LED 電流。其他優化可讀性的特點包括停機時輸出斷接、可編程欠壓閉鎖、微功率停機和內部軟啟動。

結論

對更高性能和經濟實惠性永不滿足的需求驅動著 LED 背光照明應用在汽車顯示器中的持續加速。這些需求必須由新的 LED 驅動器 IC 來滿足。結果，這些 LED 驅動器必須提供恒定電流，以不管輸入電壓或 LED 正(zheng)向(xiang)電(dian)壓(ya)如(ru)何(he)變(bian)化(hua)都(dou)保(bao)持(chi)一(yi)致(zhi)的(de)亮(liang)度(du)，必(bi)須(xu)以(yi)高(gao)效(xiao)率(lv)工(gong)作(zuo)
，必(bi)須(xu)提(ti)供(gong)非(fei)常(chang)寬(kuan)的(de)調(tiao)光(guang)比(bi)，且(qie)必(bi)須(xu)有(you)各(ge)種(zhong)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)以(yi)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)。當(dang)然(ran)，這(zhe)些(xie) LED 驅動器電路還必須提供占板麵積非常緊湊、扁平和熱效率高的解決方案。幸運的是，淩力爾特公司在不斷重新定義 LED 驅動器係列，以用麵向顯示器應用的 LT3760 等高亮度 LED 驅動器 IC 迎頭客服這些苛刻的挑戰。此外
，淩力爾特公司已經開發出了一個完整、專門針對汽車應用的大電流 LED 驅動器 IC 係列，涵蓋從 LCD 背光照明到轉向指示信號燈以及先進的前向照明前燈等各種應用。隨著汽車照明係統繼續需要更高性能的 LED 驅動器，設計師們也將有滿足需求的 IC 解決方案。