中心議題：

• DC/DC變換器在汽車照明中的應用方案

解決方案：

• 設計用於恒電流LED驅動電路
• 采用調節LED電流的DC/DC變換器

LED照明在汽車領域的應用日益加速和廣泛。本文針對汽車上的特定要求
，推出了2種新型DC/DC變換器芯片：LTC3787和LTC3475
，並對各自的特性予以介紹，能滿足在不現場合上對轉換的多項要求，促進了現代汽車電子技術的應用與發展。

1 前言

LED被稱為第四代汽車光源，雖然一次性投入較高，但擁有白熾燈無法比擬的優點，如LED車燈具有無延遲、節能、長壽

、低熱
、抗震、色純度高等諸多特點，已成為鎢絲燈、鹵素燈的必然取代產品。每台車內部應用如儀表板
、閱讀燈
，外部應用則為尾燈

、刹車燈、方向燈

、頭燈等，汽車用照明已形成目前LED照明發展最快的應用市場。

今天
，在一般的汽車上電子係統的成本約占20%以上
，有的豪華車上已飆升至30%以上。汽車上設置的應用實例包括：車載信息係統
，安全係統
，發動機的能源管理
，車載收音機
、電視的衛星接收、移動電話以及其它無線電係統等等。5nianqian，zhexiedianzixitongjinshezhizaigaodanghaohuacheshang

，xianzaimeigeqichezhizaochangjia
，yijiangqijichengzaizhongdengguigedecheliangshang，dafudujiasuleqicheyongjichengdianlujishudefeiyuefazhan。

2 LED照明取代白熾燈泡

在車用照明產品方麵
，由於供電電源來自汽車蓄電池，一般為24V、48V直流電壓
，故需要有直流電源的LED驅動IC（集成電路），將交流電源直接轉換為直流電源
，並完成與LED電壓及電流的匹配。

與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)，車(che)載(zai)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)增(zeng)加(jia)，要(yao)求(qiu)的(de)可(ke)用(yong)空(kong)間(jian)卻(que)不(bu)斷(duan)縮(suo)小(xiao)。大(da)幅(fu)度(du)增(zeng)加(jia)了(le)每(mei)一(yi)係(xi)統(tong)的(de)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)密(mi)度(du)。所(suo)有(you)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)均(jun)需(xu)要(yao)功(gong)率(lv)轉(zhuan)換(huan)的(de)IC。通(tong)常(chang)，對(dui)每(mei)一(yi)分(fen)支(zhi)係(xi)統(tong)還(hai)要(yao)配(pei)置(zhi)複(fu)式(shi)的(de)多(duo)級(ji)電(dian)壓(ya)幹(gan)線(xian)。由(you)於(yu)很(hen)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)和(he)各(ge)係(xi)統(tong)散(san)熱(re)導(dao)致(zhi)的(de)高(gao)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)，汽(qi)車(che)上(shang)的(de)有(you)限(xian)空(kong)間(jian)和(he)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)的(de)限(xian)製(zhi)，故(gu)要(yao)求(qiu)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)功(gong)率(lv)轉(zhuan)換(huan)是(shi)關(guan)鍵(jian)。

在輸出電壓低和幾百毫安(mA)級以上的電流場合，因發出的熱量多，簡單地用線性調節器來輸出電子係統要求的電壓已不實際。由於這些條件的製約
，從而采用開關調節器取代線性調節器。開關調節器的優點是：效率提高，“碳足跡”少，附加設備的簡化以及EMI（電磁幹擾）的減小等。

迄今，LED已出現在很多車輛的儀表盤背光(back lighting)
，車內照明及製動燈上。豪華汽車廠愈益吸取了固態LED照明最新技術的優點，借助這些高科技的電子技術含量和更輕、更小、更可靠的內/外部照明器件，提高了現代汽車的美觀、舒(shu)適(shi)程(cheng)度(du)。例(li)如(ru)，海(hai)拉(la)作(zuo)為(wei)汽(qi)車(che)燈(deng)具(ju)領(ling)域(yu)的(de)領(ling)先(xian)者(zhe)
，一(yi)直(zhi)將(jiang)車(che)燈(deng)技(ji)術(shu)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)研(yan)究(jiu)課(ke)題(ti)。如(ru)今(jin)海(hai)拉(la)已(yi)為(wei)新(xin)一(yi)代(dai)凱(kai)迪(di)拉(la)克(ke)白(bai)金(jin)版(ban)成(cheng)功(gong)開(kai)發(fa)出(chu)全(quan)LED前照燈，並已投入量產。

LED還可以降低成本和延長使用壽命。對比車內照明用的白熾燈
，頭燈用的HID（高強度放電）燈和鹵素燈，它具有明顯的優越性。

3 對驅動電路的要求

由汽車蓄電池驅動LED，要求具有精密調節LED電流的DC/DC變換器
，以確保均勻的照明強度和色彩的完整性以及LED的保護。而且，DC/DC調節器應按照指定的用途，頭燈或尾燈，信號燈或車內的閱讀燈等，對特定的功率要進行優化。此外，由蓄電池電壓驅動一個或幾個LED燈串
，蓄電池電壓可能會出現大於

、等於或小於負載電壓的情況；另一種擔心則是在大的調光範圍內能否有效調節LED的亮度，並在低/高亮度級是否保持顯色特性。因此，要求DC/DC驅動器的有效運行至關重要，尤其是在驅動高亮度(HB) LED時


，因未轉換成發射光的功率將消耗在發熱上。

在出現某些特殊的工況下，對驅動電路也提出了相應要求。如圖1所示，在負載一斷電(Load-dump)段，這是發電機正給蓄電池充電時，蓄電池的連接線斷電。這有可能發生在車輛正行駛、蓄電池電線鬆脫，或車在運行中蓄電池電線斷開。無蓄電池的情況下，發電機正進行全充電
，此時會產生瞬時高達80V的尖峰電壓。


發電機瞬態吸收(Tran-sorbs)段，通常定位於36V~60V母線電壓的某一位置，吸收大部分的浪湧電流。然而發電機向下配置的DC/DC變換器則承受著這一36V~60V的瞬態峰值，故要求這些變換器及子係統的容量能予以承受。某些實例中，在這一瞬態過程采用調節輸出電壓，關鍵在於DC/DC變換器應能處理這些高的瞬態電壓。通常，有各種不同的保護電路
，能在外部執行瞬態吸收，但成本增加
，還占用可貴的空間。

“冷曲軸”(cold crank)段duan，發fa生sheng在zai汽qi車che發fa動dong機ji經jing受shou冷leng卻que或huo凝ning固gu期qi間jian，發fa動dong機ji油you變bian的de非fei常chang粘zhan滯zhi。因yin而er要yao求qiu起qi動dong機ji輸shu出chu更geng大da的de轉zhuan矩ju，相xiang繼ji需xu要yao蓄xu電dian池chi提ti供gong更geng大da的de電dian流liu。這zhe一yi大da的de電dian流liu負fu載zai導dao致zhi蓄xu電dian池chi/一次母線的電壓降低
，甚至低於4V的點火電壓。隨後

，又回複至額定電壓13.8V（圖1）。這在某些應用場合，例如發動電機控製、安全係統和導航係統均不可避免。故要求具有良好調節的輸出電壓（一般為3.3V）貫穿“冷曲軸”段，以實現全過程的無間斷（連續）運行。
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4 LED驅動器的新IC

美國線性技術公司(LTC)研製成的兩塊新型DC/DC驅動器芯片
，能適應汽車內/外部照明的很多嚴格要求
，具有運行效率高
、負載保護、輸入/輸出電壓範圍寬以及精確的電流調節等特點。因集成電路可構建若幹DC/DC拓撲
，故能為設計者提供IC的合理選擇，以滿足不同應用場合下的功率轉換需求。

LTC3783是帶恒流PWM調光的電流型多拓撲變換器（圖2），用於驅動大功率LED燈串。本項專利技術可提供非常快而準確的負載切換，不會產生瞬時的欠電壓或過電壓，能數字式達到3000∶1的調光率(100Hz)，純色的PWM調光可確保白色LED和紅綠藍(RGB) LED的顏色完整性。LTC3783利用模擬控製，容許附加100∶1的調光比，因人眼對周圍光線的變化很敏感，故這一比率必不可少。該多功能的控製器可用於升壓
、降壓
、升降壓雙向變換器或反激式(Flyback)變換器，或作為恒流/恒壓的調節器。利用MOSFET的通態電阻(on-resistance)可取消傳感電流的電阻器
，並提高了效率。LTC3783芯片的應用還包括：高電壓LED陣列和LED背光，以及在電訊、自動化與工業控製係統中的調節器。


裝有LTC3783 LED驅動器在汽車上應用時，具有以下很重要的特點：(1)大電流、為輸出大的電流(≥1.5A)
，LTC3783驅動外部的N溝道MOSFET，可給高亮度(HB)和超高亮度(SHB) LED供電；(2)高電壓、LTC3783 3V~36V的輸入運作和輸出電壓，取決於外部功率元件的選擇
，這可按標準確定，易於驅動LED燈串或混串（串+並）；(3)保護。對HB LED的保護，需要IC結合精確的電流和輸出電壓調節。附加保護包括過電壓、過電流和軟啟動；(4)調光、以純色PWM3000∶1數字式調光時

，在寬廣的調光比下保持LED恒定的顏色。而且，LTC3783還能附加模擬100∶1的調光。

另一種產品LTC3475是雙通道36V

、2MHz降壓式DC/DC變換器（圖3）。設計用於恒電流LED驅動電路，能提供每通道1.5A的LED電流。內部的傳感電阻器和調光控製，確保理想的驅動大電流LED

，可在50mA~1.5A的電流範圍內
，保持高精度的輸出電流，而均勻、純色的PWM電路，能實現3000∶1的調光範圍。

LTC3475以其寬的輸入電壓範圍(4V~36V
，max40V)，可調節含汽車動力係統在內的廣闊的電源陣列。它的開關頻率調節幅度為200kHz~2MHz，能利用很小的電感器和陶瓷電容器，與耐熱的TSSOP-16組件結合，在驅動2個或4個大電流LED時，可提供結構非常緊湊的解決方案。

LTC3475利用高側的傳感，能與接地的LED陰極連接，而勿需大多數應用中的接地線，電流型的控製與準確的參考電壓，優化了精心調節的動態回路，LED的電流恒定

，波紋小。兩個通道已分隔Vadj和PWM信號，以便獨立操作。每一通道開關相互180°的相位差（異相），減少了兩通道上的輸出波紋

，減少了汙染“足跡”，降低成本
，且附加有LED斷開保護和短路保護。