HB LED驅(qū)動器電路

摘要：本文討論了如何針對汽車照明應(yīng)用合理選擇HB LED驅(qū)動器，介紹了不同類型的HB LED驅(qū)動器拓撲，并根據(jù)各種汽車照明設(shè)計(包括：內(nèi)部照明、外部照明、顯示器背光等)的要求給出了推薦配置。

引言

隨著消費者環(huán)保理念的加強，固態(tài)照明(SSL)方案迅速成為通用照明及汽車照明應(yīng)用中首選的照明技術(shù)。按照市場調(diào)研公司Strategies Unlimited的預測，通用照明、背光及汽車應(yīng)用將是高亮度LED (HB LED)市場在今后幾年的主要增長動力，到2011年，HB LED驅(qū)動器IC的整個市場規(guī)模將會達到19億美元1。

與傳統(tǒng)的照明技術(shù)相比，HB LED具有幾個關(guān)鍵優(yōu)勢：它們不含任何有害物質(zhì)，例如CCFL中的汞元素；消耗較低的功率而且具有更長的使用壽命。另外，HB LED比傳統(tǒng)方案具有更高的成本競爭優(yōu)勢，大大降低了系統(tǒng)的整體成本(例如：運行和維護成本)。

當然，HB LED的使用也面臨一些特殊挑戰(zhàn)，特別是汽車等嘈雜的工作環(huán)境。本文討論了HB LED驅(qū)動器選擇的基本原則，比較了不同的驅(qū)動器拓撲，針對不同的汽車照明應(yīng)用提供了推薦配置方案，其中包括：汽車頂燈、日間行駛燈(DRL)、尾燈(RCL)、霧燈和近光燈/遠光燈等。

HB LED需要恒流驅(qū)動

HB LED驅(qū)動器電路用于管理HB LED的供電，驅(qū)動電路保持恒定的電流和最小的電壓波動非常關(guān)鍵。過大的驅(qū)動電流會提高HB LED的結(jié)溫，加快HB LED的退化。

照明應(yīng)用中，為了獲得更高的流明，需要使用大功率HB LED。這些HB LED的正向?qū)娏饕话銥?50mA到1A以上。白光、藍光和綠光HB LED的正向電壓在2.8至4.5V范圍內(nèi)，紅光和琥珀光HB LED的正向電壓在2.3至3.5V范圍。

為了保持固定的色譜和亮度，HB LED驅(qū)動必須滿足特定的額定電流要求。用電壓源驅(qū)動HB LED、串聯(lián)電阻限流，可能產(chǎn)生不可接受的亮度及光譜的變化。

HB LED亮度調(diào)節(jié)

HB LED的發(fā)光顏色會隨著電流的變化而發(fā)生變化，因此，采用脈寬調(diào)制(PWM)方式對固定電流進行調(diào)節(jié)效果優(yōu)于調(diào)節(jié)實際電流的幅度，即將直流電流保持在HB LED廠商規(guī)定的固定值，按照一定的頻率和占空比進行電流斬波，利用脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)亮度可以在不同的亮度等級保持一致的光譜。為了避免視覺閃爍，調(diào)光頻率應(yīng)高于100Hz。調(diào)光范圍取決于HB LED驅(qū)動器所允許的最小占空比。

大部分HB LED驅(qū)動器需要由微控制器或外部定時器產(chǎn)生亮度控制信號。MAX16806等HB LED驅(qū)動器則由內(nèi)部產(chǎn)生PWM信號，通過DIM輸入端作用的外部電壓進行調(diào)制(圖1)。這種配置在汽車內(nèi)部照明等應(yīng)用中可以省去外部微控制器或開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器。


圖1. 350mA線性HB LED驅(qū)動器IC MAX16806能夠省去微控制器或開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器

當輸入電壓遠遠高于串聯(lián)HB LED的總壓降時，最好使用開關(guān)模式降壓(buck)轉(zhuǎn)換驅(qū)動器(圖2)，能夠使功耗降至最低，從而獲得較高的驅(qū)動器效率。


圖2. 利用開關(guān)模式降壓轉(zhuǎn)換驅(qū)動器降低功耗并提高照明組件的驅(qū)動效率

當輸入電壓高于或低于HB LED的總導通電壓時，必須使用buck-boost模式驅(qū)動器。在buck-boost配置中，需要一個浮動的電流檢測放大器檢測并調(diào)節(jié)HB LED電流。另外還需要提供額外的保護，例如過壓保護，在HB LED發(fā)生開路或短路失效時保護系統(tǒng)不被損壞。對于汽車前燈中的大功率LED，輸入電壓的變化范圍可能在5.5V (冷啟動)至24V (電池倍壓)，此時，比較理想的選擇是buck-boost電路。驅(qū)動器還必須能夠承受40V以上的拋負載峰值電壓。

高度集成的HB LED驅(qū)動器，例如：MAX16812或MAX16831，在汽車前燈設(shè)計中有助于減少元件數(shù)量、降低成本。例如：MAX16812內(nèi)部集成了差分電流檢測放大器和額定電壓為76V的0.2Ω功率MOSFET，用于控制單串HB LED的電流(圖3)。此外，內(nèi)部調(diào)光MOSFET驅(qū)動器在拋負載時可以自動關(guān)閉LED串的電源，增強了系統(tǒng)的可靠性。


圖3. 當輸入電壓可能高于或低于串聯(lián)HB LED的總電壓時，應(yīng)該選擇buck-boost驅(qū)動器拓撲

圖4所示HB LED驅(qū)動器電路用于汽車中LCD背光，MAX16834集成了高邊檢流放大器、PWM調(diào)光MOSFET驅(qū)動器和高度可靠的保護電路，大大簡化了LCD背光電路的設(shè)計。該款HB LED驅(qū)動器能夠提供3000:1 PWM調(diào)光范圍，輸入電壓范圍為4.75V至28V，在冷啟動和拋負載狀況下確保穩(wěn)定工作。


圖4. 具有3000:1較寬調(diào)光范圍的boost驅(qū)動器，內(nèi)置保護電路，可理想用于汽車娛樂設(shè)施的LCD背光。